Java面试题之 IO（三）

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字节缓冲流

IO 操作是很消耗性能的，缓冲流将数据加载至缓冲区，一次性读取/写入多个字节，从而避免频繁的 IO 操作，提高流的传输效率。

字节缓冲流这里采用了装饰器模式来增强 InputStream 和OutputStream子类对象的功能。

举个例子，我们可以通过 BufferedInputStream（字节缓冲输入流）来增强 FileInputStream 的功能。

// 新建一个 BufferedInputStream 对象
BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(new FileInputStream("input.txt"));

字节流和字节缓冲流的性能差别主要体现在我们使用两者的时候都是调用 write(int b) 和 read() 这两个一次只读取一个字节的方法的时候。由于字节缓冲流内部有缓冲区（字节数组），因此，字节缓冲流会先将读取到的字节存放在缓存区，大幅减少 IO 次数，提高读取效率。

我使用 write(int b) 和 read() 方法，分别通过字节流和字节缓冲流复制一个 524.9 mb 的 PDF 文件耗时对比如下：

使用缓冲流复制PDF文件总耗时:15428 毫秒
使用普通字节流复制PDF文件总耗时:2555062 毫秒

两者耗时差别非常大，缓冲流耗费的时间是字节流的 1/165。

测试代码如下:

@Test
void copy_pdf_to_another_pdf_buffer_stream() {// 记录开始时间long start = System.currentTimeMillis();try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("深入理解计算机操作系统.pdf"));BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("深入理解计算机操作系统-副本.pdf"))) {int content;while ((content = bis.read()) != -1) {bos.write(content);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 记录结束时间long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("使用缓冲流复制PDF文件总耗时:" + (end - start) + " 毫秒");
}@Test
void copy_pdf_to_another_pdf_stream() {// 记录开始时间long start = System.currentTimeMillis();try (FileInputStream fis = new FileInputStream("深入理解计算机操作系统.pdf");FileOutputStream fos = new FileOutputStream("深入理解计算机操作系统-副本.pdf")) {int content;while ((content = fis.read()) != -1) {fos.write(content);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 记录结束时间long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("使用普通流复制PDF文件总耗时:" + (end - start) + " 毫秒");
}

如果是调用 read(byte b[]) 和 write(byte b[], int off, int len) 这两个写入一个字节数组的方法的话，只要字节数组的大小合适，两者的性能差距其实不大，基本可以忽略。

这次我们使用 read(byte b[]) 和 write(byte b[], int off, int len) 方法，分别通过字节流和字节缓冲流复制一个 524.9 mb 的 PDF 文件耗时对比如下：

使用缓冲流复制PDF文件总耗时:695 毫秒
使用普通字节流复制PDF文件总耗时:989 毫秒

两者耗时差别不是很大，缓冲流的性能要略微好一点点。

测试代码如下：

@Test
void copy_pdf_to_another_pdf_with_byte_array_buffer_stream() {// 记录开始时间long start = System.currentTimeMillis();try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("深入理解计算机操作系统.pdf"));BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("深入理解计算机操作系统-副本.pdf"))) {int len;byte[] bytes = new byte[4 * 1024];while ((len = bis.read(bytes)) != -1) {bos.write(bytes, 0, len);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 记录结束时间long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("使用缓冲流复制PDF文件总耗时:" + (end - start) + " 毫秒");
}@Test
void copy_pdf_to_another_pdf_with_byte_array_stream() {// 记录开始时间long start = System.currentTimeMillis();try (FileInputStream fis = new FileInputStream("深入理解计算机操作系统.pdf");FileOutputStream fos = new FileOutputStream("深入理解计算机操作系统-副本.pdf")) {int len;byte[] bytes = new byte[4 * 1024];while ((len = fis.read(bytes)) != -1) {fos.write(bytes, 0, len);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 记录结束时间long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("使用普通流复制PDF文件总耗时:" + (end - start) + " 毫秒");
}

BufferedInputStream（字节缓冲输入流）

BufferedInputStream 从源头（通常是文件）读取数据（字节信息）到内存的过程中不会一个字节一个字节的读取，而是会先将读取到的字节存放在缓存区，并从内部缓冲区中单独读取字节。这样大幅减少了 IO 次数，提高了读取效率。

BufferedInputStream 内部维护了一个缓冲区，这个缓冲区实际就是一个字节数组，通过阅读 BufferedInputStream 源码即可得到这个结论。

public
class BufferedInputStream extends FilterInputStream {// 内部缓冲区数组protected volatile byte buf[];// 缓冲区的默认大小private static int DEFAULT_BUFFER_SIZE = 8192;// 使用默认的缓冲区大小public BufferedInputStream(InputStream in) {this(in, DEFAULT_BUFFER_SIZE);}// 自定义缓冲区大小public BufferedInputStream(InputStream in, int size) {super(in);if (size <= 0) {throw new IllegalArgumentException("Buffer size <= 0");}buf = new byte[size];}
}

缓冲区的大小默认为 8192 字节，当然了，你也可以通过 BufferedInputStream(InputStream in, int size) 这个构造方法来指定缓冲区的大小。

BufferedOutputStream（字节缓冲输出流）

BufferedOutputStream 将数据（字节信息）写入到目的地（通常是文件）的过程中不会一个字节一个字节的写入，而是会先将要写入的字节存放在缓存区，并从内部缓冲区中单独写入字节。这样大幅减少了 IO 次数，提高了读取效率

try (BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("output.txt"))) {byte[] array = "JavaGuide".getBytes();bos.write(array);
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}

类似于 BufferedInputStream ，BufferedOutputStream 内部也维护了一个缓冲区，并且，这个缓存区的大小也是 8192 字节。

字符缓冲流

BufferedReader （字符缓冲输入流）和 BufferedWriter（字符缓冲输出流）类似于 BufferedInputStream（字节缓冲输入流）和BufferedOutputStream（字节缓冲输入流），内部都维护了一个字节数组作为缓冲区。不过，前者主要是用来操作字符信息。

打印流

下面这段代码大家经常使用吧？

System.out.print("Hello！");
System.out.println("Hello！");

System.out 实际是用于获取一个 PrintStream 对象，print方法实际调用的是 PrintStream 对象的 write 方法。

PrintStream 属于字节打印流，与之对应的是 PrintWriter （字符打印流）。PrintStream 是 OutputStream 的子类，PrintWriter 是 Writer 的子类。

public class PrintStream extends FilterOutputStreamimplements Appendable, Closeable {
}
public class PrintWriter extends Writer {
}

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