其实IO操作相较于服务端，客户端做的并不多，根本的场景便是读写文件的时分会运用到InputStream或许OutputStream，然而客户端能做的便是建议一个读写的指令，真实的操作是内核层经过ioctl指令履行读写操作，因为每次的IO操作都触及到了线程的操作，因而会有性能上的损耗，那么从本篇文章开端，咱们将进入IO的国际，了解IO到NIO机制的演进，从底层重视序列化的原理。

1 Basic IO模型

那么在Java（Kotlin）中，IO首要分为两种：Basic IO 和 Net IO；Basic IO是咱们在开发当中常用的一些IO流，例如：

FileInputStream：//文件输入流
FileOutputStream：//文件输出流
BufferedInputStream：//缓存字节输入流
BufferedOutputStream：//缓存字节输入流，此类数据流为了提高读写功率，能够缓存数据到buffer，经过flush一同写入；内核分配内存为一页4K，可是Java缓冲区默认是8K
ObjectInputStream
ObjectOutputStream：// 将数据序列化处理
RandomAccessFile：//供给位移数据刺进

关于前面的几个数据流，我就不介绍用法了，关于最终一个RandomAccessFile，我想简单介绍一下，因为许多同伴们或许不知道RandomAccessFile的存在，这儿曾经有个面试题：

假设有一个5G的文件，我想在文章的结尾追加一段话，我该怎样处理？或许我指定恣意方位增加一部分文字内容，该怎样处理？

许多同伴看到这个问题之后，一拍脑门说：先经过FileInputStream把文件读写进来，然后再在结尾追加一部分内容组合成新的字节省，然后再经过FileOutputStream写入到新的文件中。

完蛋，直接pass掉！因为前提这儿现已是5G的文件了，假如经过FileInputStream读写，大概率就会直接OOM! 所以假如知道RandomAccessFile的存在，这些就不是问题了。

fun testAccessFile() {
    //file文件
    val file = File("/storage/emulated/0/NewTextFile.txt")
    val accessFile = RandomAccessFile(file, "rw")
    //先写一段
    val text = "IO首要分为两种：Basic IO 和 Net IO；"
    accessFile.write(text.toByteArray())
    //再等5s
    Thread.sleep(5000)
    accessFile.seek(5)
    accessFile.write("seek to pos 5".toByteArray())
    accessFile.close()
}

首要咱们常见一个RandomAccessFile，传入要读写的文件，首要写入一段话，然后比及5s后，调用RandomAccessFile的seek办法，此刻指针便是移动到了文件第五个字符的方位，然后又写入了一些文字。

所以依照这种思维，回到前面的问题，即便是5G的文件，也不需求进行读写操作获取之前的全部数据就能够完结零内存追加；当然还有一个场景也会经常用到，便是断点续传。

1.1 RandomAccessFile的缓冲区和BufferedInputStream缓冲区的区别

首要我先简单介绍下BufferedInputStream的缓存区作用，系统内核缓存区默以为4K，当缓存区满4K之后会进行磁盘的写入；那么在Java中是对其做了优化处理，将缓存区变为8K，当缓存区超过8K之后，会将数据复制给到内核缓存。

fun testBuffer() {
        val file = File("/storage/emulated/0/NewTextFile.txt")
        val bis = BufferedOutputStream(FileOutputStream(file))
        val text = "8888888888888888".toByteArray()
        bis.write(text, 0, text.size)
//        bis.flush()
    }

例如上面的事例，此刻App的内存缓存区没有满，那么假如不调用flush，那么数据不会写到磁盘文件中，只有当缓冲区满了之后，才会复制到内核空间缓存区。

fun testAccessFile() {
    //file文件
    val file = File("/storage/emulated/0/NewTextFile.txt")
    val accessFile = RandomAccessFile(file, "rw")
    //先写一段
    val text = "IO首要分为两种：Basic IO 和 Net IO；"
    accessFile.write(text.toByteArray())
    //再等5s
    Thread.sleep(5000)
    accessFile.seek(5)
    val channel = accessFile.channel
    val mapper = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, channel.position(), channel.size())
    mapper.put("seek to pos 5".toByteArray())
}

假如依照BufferedOutputStream的思维，咱们往缓冲区写数据，没有flush就不会有复制的操作，那么咱们实践看到的是数据仍是写进去了。

其实MappedByteBuffer，是供给了一个类似于mmap性质的才能，完结了App缓冲区与内核缓冲区的桥接或许映射。

当App写入缓存数据的时分，直接映射到了内核缓存区，完结了磁盘的读写操作。

1.2 Basic IO模型底层原理

其实关于基础的IO模型，也便是Basic IO的完结是堵塞的，其实咱们也能够自己验证，在主线程中进行读写操作便是堵塞的。

那么关于IO来说，首要分为两个阶段：

（1）数据准备阶段；这儿是由Java完结的，写入到JVM中；

（2）复制阶段；内核空间复制用户空间缓存数据，这部分需求调用内核函数（ioctl、sync），完结复制的工作。

剩余的磁盘写入操作就完全是由内核完结的，假如关于读写操作有疑问的，能够去看看下面这篇关于Binder底层原理的介绍。

Android Framework原理 — Binder驱动源码剖析

关于传统的Socket来说，这种属于Net IO，本质也是堵塞性质的，例如App进程想要获取一些数据，

上图展现了read操作的整个调度进程：

（1）当App调用系统办法想要获取某些数据的时分，首要系统内核会等候数据从网络中到达，这个进程内核处于堵塞的状况；

（2）比及数据到达之后，就会将网络数据复制到用户空间的缓冲区中，并通知App进程复制数据成功，此刻App中其他业务才能够持续履行。

所以整个进程中，App处于堵塞状况，而在高并发的场景中（客户端很少，这儿拿服务端来举例），例如10000QPS（每秒10000次查询操作），此刻假如选用IO堵塞模型，带来的结果便是CPU极速拉满终究或许导致熔断，所以针对这种状况，出现了NIO模型。

2 NIO模型

相关于IO模型来说，NIO模型做的优化是经过轮询机制获取内核的数据等候状况，看下图：

当一次问询宣布之后，假如当前内核仍是数据等候状况，那么内核空间会被”挂起“，此刻App进程能够做其他的事情，比及下一次轮询时间到了之后，再次建议问询，假如此刻现已拿到了数据，那么就会进行复制操作，将数据放入用户进程缓冲区。

那么对此，java.nio包下供给了许多非堵塞IO的API，例如咱们前面说到的MappedByteBuffer。其实仍是前面咱们探讨的一个问题，在Android的场景下，很难碰到高并发的场景，所以根本上也很难用到这个，可是关于NIO模型的原理咱们需求把握透彻，在面试中或许会触及到这些问题。

3 OKIO

最终介绍一个IO模型—OKIO，假如运用到OkHttp的同伴们应该现已见到过这个，可是没有实践地去研讨，为啥要引入这个okio三方库。

首要okio是OkHttp团队基于Basic IO研制的一套自己的IO系统，为啥要搞一个这个玩意出来呢？经过前面咱们剖析Basic IO存在的一些问题，首要 Basic IO是堵塞的，并且在客户端端假如频频地进行网络恳求，并且网络恳求是双向的，从客户端宣布恳求，服务端回来呼应，那么这个进程必定会运用到InputStream和OutputStream。

因为OkHttp是有自己的缓存战略的，假如运用到缓存，那么关于InputStream就需求一个buffer，关于OutputStream也需求一个buffer，每次读写操作都需求两个buffer来做支撑，因而针对这种场景，okio在底层做了处理。

详细的处理便是不再运用byte[]数组存储数据，而是选用Segment数据结构。有了解Segment的同伴应该知道，它是一个数组的双向链表，其中data便是一个byte数组，其中有next和pre两个指针。

internal class Segment {
  @JvmField val data: ByteArray
  /** The next byte of application data byte to read in this segment.  */
  @JvmField var pos: Int = 0
  /** The first byte of available data ready to be written to.  */
  @JvmField var limit: Int = 0
  /** True if other segments or byte strings use the same byte array.  */
  @JvmField var shared: Boolean = false
  /** True if this segment owns the byte array and can append to it, extending `limit`.  */
  @JvmField var owner: Boolean = false
  /** Next segment in a linked or circularly-linked list.  */
  @JvmField var next: Segment? = null
  /** Previous segment in a circularly-linked list.  */
  @JvmField var prev: Segment? = null

当进行读写操作的时分，都会往Segment中写入，便是将InputStream和OutputStream需求创建的缓冲区合并。

这儿需求阐明一点，okio属于OkHttp内部核心IO结构，并不是单独拿出来恣意业务方能够运用，所以关于okio的详细完结原理，后续会放在OkHttp结构原理中做详细的介绍。