6 道 IO 流面试题总结(含答案解析和思维导图)

前言

关于 IO 流系列面试知识点程序员小吴总结了一个思维导图,分享给大家。

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100 道 Java 面试题汇总 PDF 下载(含答案解析和思维导图)

Q1:同步/异步/阻塞/非阻塞 IO 的区别?

同步和异步是通信机制,阻塞和非阻塞是调用状态。

同步 IO 是用户线程发起 IO 请求后需要等待或轮询内核 IO 操作完成后才能继续执行。异步 IO 是用户线程发起 IO 请求后可以继续执行,当内核 IO 操作完成后会通知用户线程,或调用用户线程注册的回调函数。

阻塞 IO 是 IO 操作需要彻底完成后才能返回用户空间 。非阻塞 IO 是 IO 操作调用后立即返回一个状态值,无需等 IO 操作彻底完成。


Q2:什么是 BIO?

BIO 是同步阻塞式 IO,JDK1.4 之前的 IO 模型。服务器实现模式为一个连接请求对应一个线程,服务器需要为每一个客户端]请求创建一个线程,如果这个连接不做任何事会造成不必要的线程开销。可以通过线程池改善,这种 IO 称为伪异步 IO。适用连接数目少且服务器资源多的场景。


Q3:什么是 NIO?

NIO 是 JDK1.4 引入的同步非阻塞 IO。服务器实现模式为多个连接请求对应一个线程,客户端连接请求会注册到一个多路复用器 Selector ,Selector 轮询到连接有 IO 请求时才启动一个线程处理。适用连接数目多且连接时间短的场景。

同步是指线程还是要不断接收客户端连接并处理数据,非阻塞是指如果一个管道没有数据,不需要等待,可以轮询下一个管道。

核心组件:

  • Selector: 多路复用器,轮询检查多个 Channel 的状态,判断注册事件是否发生,即判断 Channel 是否处于可读或可写状态。使用前需要将 Channel 注册到 Selector,注册后会得到一个 SelectionKey,通过 SelectionKey 获取 Channel 和 Selector 相关信息。

  • Channel: 双向通道,替换了 BIO 中的 Stream 流,不能直接访问数据,要通过 Buffer 来读写数据,也可以和其他 Channel 交互。

  • Buffer: 缓冲区,本质是一块可读写数据的内存,用来简化数据读写。Buffer 三个重要属性:position 下次读写数据的位置,limit 本次读写的极限位置,capacity 最大容量。

    • flip 将写转为读,底层实现原理把 position 置 0,并把 limit 设为当前的 position 值。
    • clear 将读转为写模式(用于读完全部数据的情况,把 position 置 0,limit 设为 capacity)。
    • compact 将读转为写模式(用于存在未读数据的情况,让 position 指向未读数据的下一个)。
    • 通道方向和 Buffer 方向相反,读数据相当于向 Buffer 写,写数据相当于从 Buffer 读。

    使用步骤:向 Buffer 写数据,调用 flip 方法转为读模式,从 Buffer 中读数据,调用 clear 或 compact 方法清空缓冲区。


Q4:什么是 AIO?

AIO 是 JDK7 引入的异步非阻塞 IO。服务器实现模式为一个有效请求对应一个线程,客户端的 IO 请求都是由操作系统先完成 IO 操作后再通知服务器应用来直接使用准备好的数据。适用连接数目多且连接时间长的场景。

异步是指服务端线程接收到客户端管道后就交给底层处理IO通信,自己可以做其他事情,非阻塞是指客户端有数据才会处理,处理好再通知服务器。

实现方式包括通过 Future 的 get 方法进行阻塞式调用以及实现 CompletionHandler 接口,重写请求成功的回调方法 completed 和请求失败回调方法 failed


Q5:java.io 包下有哪些流?

主要分为字符流和字节流,字符流一般用于文本文件,字节流一般用于图像或其他文件。

字符流包括了字符输入流 Reader 和字符输出流 Writer,字节流包括了字节输入流 InputStream 和字节输出流 OutputStream。字符流和字节流都有对应的缓冲流,字节流也可以包装为字符流,缓冲流带有一个 8KB 的缓冲数组,可以提高流的读写效率。除了缓冲流外还有过滤流 FilterReader、字符数组流 CharArrayReader、字节数组流 ByteArrayInputStream、文件流 FileInputStream 等。


Q6:序列化和反序列化是什么?

Java 对象 JVM 退出时会全部销毁,如果需要将对象及状态持久化,就要通过序列化实现,将内存中的对象保存在二进制流中,需要时再将二进制流反序列化为对象。对象序列化保存的是对象的状态,因此属于类属性的静态变量不会被序列化。

常见的序列化有三种:

  • Java 原生序列化

    实现 Serializabale 标记接口,Java 序列化保留了对象类的元数据(如类、成员变量、继承类信息)以及对象数据,兼容性最好,但不支持跨语言,性能一般。序列化和反序列化必须保持序列化 ID 的一致,一般使用 private static final long serialVersionUID 定义序列化 ID,如果不设置编译器会根据类的内部实现自动生成该值。如果是兼容升级不应该修改序列化 ID,防止出错,如果是不兼容升级则需要修改。

  • Hessian 序列化

    Hessian 序列化是一种支持动态类型、跨语言、基于对象传输的网络协议。Java 对象序列化的二进制流可以被其它语言反序列化。Hessian 协议的特性:① 自描述序列化类型,不依赖外部描述文件,用一个字节表示常用基础类型,极大缩短二进制流。② 语言无关,支持脚本语言。③ 协议简单,比 Java 原生序列化高效。Hessian 会把复杂对象所有属性存储在一个 Map 中序列化,当父类和子类存在同名成员变量时会先序列化子类再序列化父类,因此子类值会被父类覆盖。

  • JSON 序列化

    JSON 序列化就是将数据对象转换为 JSON 字符串,在序列化过程中抛弃了类型信息,所以反序列化时只有提供类型信息才能准确进行。相比前两种方式可读性更好,方便调试。

序列化通常会使用网络传输对象,而对象中往往有敏感数据,容易遭受攻击,Jackson 和 fastjson 等都出现过反序列化漏洞,因此不需要进行序列化的敏感属性传输时应加上 transient 关键字。transient 的作用就是把变量生命周期仅限于内存而不会写到磁盘里持久化,变量会被设为对应数据类型的零值。