面试题：Java中缓冲流提升IO读写效率原理相关 - 缓冲流内部机制

Question

请简述Java中缓冲流（BufferedInputStream和BufferedOutputStream）是如何通过内部机制来提升IO读写效率的？

Answer 1

1. BufferedInputStream：
   • 内部缓存数组：BufferedInputStream内部维护了一个字节数组作为缓冲区（默认大小为8192字节）。当从输入流读取数据时，它并不是每次都从底层输入流读取单个字节，而是一次性从底层输入流读取多个字节（尽量填满缓冲区）到这个内部数组中。
   • 数据读取机制：当调用read()方法读取一个字节时，它首先从缓冲区数组中读取数据。如果缓冲区中还有未读取的数据，就直接返回缓冲区中的字节，这样避免了每次读取都与底层输入流交互，减少了系统调用开销。只有当缓冲区中的数据读完后，才会再次从底层输入流读取数据填充缓冲区。
   • read(byte[] b)方法：对于read(byte[] b)方法，同样先从缓冲区中读取数据填充到参数数组b中。如果缓冲区中的数据不足以填满b数组，会先将缓冲区中剩余的数据复制到b数组，然后从底层输入流读取数据填充缓冲区，再从缓冲区中读取数据继续填充b数组，直到b数组被填满或者底层输入流无数据可读。
2. BufferedOutputStream：
   • 内部缓存数组：BufferedOutputStream也有一个内部字节数组缓冲区（默认大小为8192字节）。当调用write()方法写入数据时，数据首先被写入到这个缓冲区中，而不是直接写入到底层输出流。
   • 数据写入机制：当缓冲区被填满（或者调用flush()方法，或者关闭流时），BufferedOutputStream会将缓冲区中的所有数据一次性写入到底层输出流。这样减少了对底层输出流的写入次数，因为底层输出流的写入操作通常是比较耗时的系统调用，批量写入可以显著提升效率。例如，多次调用write(int b)方法写入单个字节，这些字节会先在缓冲区累积，直到缓冲区满了才一次性写入到底层输出流。

通过上述内部机制，BufferedInputStream和BufferedOutputStream减少了与底层输入输出设备的交互次数，从而提升了IO读写效率。