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【Java核心技术/IO】35道Java IO面试题与答案

news 2025/10/8 6:56:03

1. 什么是Java IO？

Java IO是Java提供的用于输入输出操作的API，主要处理文件、网络连接等数据的读取和写入，核心是“流”（Stream）的概念。

2. Java IO主要分为哪几类？

按数据流向分为输入流（InputStream/Reader）和输出流（OutputStream/Writer）；按处理数据类型分为字节流（处理二进制数据）和字符流（处理文本数据，需指定编码）。

3. 字节流和字符流的区别是什么？

处理数据：字节流以 byte （8位）为单位，处理所有二进制数据；字符流以 char （16位）为单位，仅处理文本数据。
编码依赖：字符流需依赖编码（如UTF-8），字节流不依赖。
核心类：字节流核心是 InputStream/OutputStream ，字符流是 Reader/Writer 。

4. 什么是缓冲流（Buffered Stream）？它的作用是什么？

缓冲流是包装普通流的“增强流”（如 BufferedReader 、 BufferedOutputStream ），内部维护一个缓冲区（内存数组）。
作用：减少IO与磁盘/网络的直接交互次数，提升读写效率（内存操作比硬件操作快得多）。

5. 缓冲流的 flush() 方法有什么用？

强制将缓冲区中未写满的数据立即写入目标设备（如磁盘），避免数据滞留。关闭流（ close() ）时会自动调用 flush() ，但需注意：若未关闭/flush，缓冲区未满的数据可能丢失。

6. 什么是节点流（Node Stream）和处理流（Processing Stream）？

节点流：直接连接数据源/目标的流（如 FileInputStream 直接读文件），是IO操作的“基础流”，必须存在。
处理流：包装节点流或其他处理流的流（如缓冲流、转换流），用于增强功能（如缓冲、编码转换），不能独立存在。

7. 转换流（InputStreamReader/OutputStreamWriter）的作用是什么？

实现字节流与字符流的转换：

InputStreamReader ：将字节流（如 FileInputStream ）转为字符流，需指定编码（解决文本读取乱码问题）。
OutputStreamWriter ：将字符流转为字节流，写入时指定编码。

8. 什么是对象流（ObjectInputStream/ObjectOutputStream）？

用于对象的序列化（写对象到流）和反序列化（从流读对象）的处理流，核心方法是 writeObject() 和 readObject() 。
注意：被序列化的类必须实现 Serializable 接口（空接口，仅作标记）

9. Serializable 接口的作用是什么？为什么是标记接口？

Serializable 是Java的序列化标记接口，作用是告诉JVM：“该类的对象允许被序列化”。
它是标记接口（无任何抽象方法），因为仅需“标记”类的序列化权限，无需强制实现特定逻辑。

10. 序列化时，如何让某个字段不被序列化？

在该字段前加 transient 关键字，JVM会忽略该字段，序列化时不写入流，反序列化时该字段会被赋默认值（如 null 、0）。

11. 什么是序列化ID（serialVersionUID）？有什么用？

serialVersionUID 是序列化类中显式声明的一个 long 类型常量（如 private static final long serialVersionUID = 1L ），用于验证序列化与反序列化的对象是否属于同一个类。
若类未显式声明，JVM会根据类结构（字段、方法）自动生成；若类结构修改（如增删字段），自动生成的ID会变，导致反序列化失败。

12. Java IO中的“流”是阻塞的还是非阻塞的？

默认的Java IO（BIO）是阻塞式的：当调用 read() / write() 时，若数据未准备好/未写完，线程会一直等待（阻塞），直到操作完成。

13. 什么是NIO？它和传统IO（BIO）的区别是什么？

NIO（New IO）是Java 1.4引入的非阻塞IO模型，核心是通道（Channel）、缓冲区（Buffer）、选择器（Selector）。
区别：

阻塞性：BIO是阻塞的，NIO可非阻塞（线程无需等待IO完成）。
数据操作：BIO以流为单位，NIO以缓冲区（批量数据）为单位。
线程效率：BIO一个连接需一个线程，NIO一个线程可处理多个连接（通过Selector）。

14. NIO中的Buffer和Channel是什么关系？

Buffer：是数据的“容器”，用于存储读写的数据（NIO中数据必须通过Buffer传输）。
Channel：是数据的“传输通道”（如文件通道、网络通道），用于连接数据源/目标。
关系：数据从Channel读入Buffer，或从Buffer写入Channel（双向，而流是单向的）。

15. NIO的Selector有什么用？

Selector（选择器）是NIO实现“单线程处理多连接”的核心组件。
它可注册多个Channel，监听Channel的IO事件（如“数据可读”“连接就绪”），线程只需通过Selector轮询“就绪事件”，再处理对应Channel，无需阻塞等待。

16. Java 7引入的NIO.2有什么新特性？

核心是 java.nio.file 包，新增特性：

Path接口：替代传统 java.io.File ，更方便处理文件路径。
Files工具类：提供静态方法，简化文件操作（如 Files.readAllLines() 读文件、 Files.copy() 复制文件）。
异步IO（Asynchronous IO）：支持异步的文件和网络IO，操作完成后通过回调/Future通知。

17. File 类的作用是什么？它能操作文件内容吗？

File 类是文件/目录路径的抽象表示，用于操作文件的“元数据”（如判断文件是否存在、创建/删除文件、获取文件大小），但不能直接操作文件内容（读写内容需通过流或NIO的Channel）。

18. 如何用Java IO复制一个文件？

核心逻辑：用输入流读源文件，用输出流写目标文件，通过缓冲区提升效率。示例代码思路：
java
try (InputStream in = new BufferedInputStream(new FileInputStream(“源文件路径”));
OutputStream out = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(“目标文件路径”))) {
byte[] buf = new byte[1024]; // 1KB缓冲区
int len;
while ((len = in.read(buf)) != -1) { // 读入缓冲区
out.write(buf, 0, len); // 从缓冲区写出
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}

19. Reader 类的 read() 方法返回值是什么意思？

Reader 的 read() 有两种常用重载：

int read() ：读取一个字符，返回该字符的Unicode值（0-65535）；若已到流末尾，返回 -1 。
int read(char[] cbuf) ：读取字符到数组 cbuf ，返回实际读取的字符数；若到末尾，返回 -1 。

20. 为什么推荐用“try-with-resources”语法处理IO流？

传统 try-catch-finally 需手动关闭流（ close() ），若忘记关闭或 finally 中代码出错，会导致流泄漏。
try-with-resources （Java 7+）会自动关闭实现 AutoCloseable 接口的资源（所有IO流都实现了该接口），代码更简洁，且能确保资源关闭。

21. AutoCloseable 和 Closeable 接口的关系是什么？

Closeable 是Java 5引入的接口，仅含 void close() throws IOException 方法，用于IO资源关闭。
AutoCloseable 是Java 7引入的父接口，含 void close() throws Exception 方法，范围更广（支持所有需自动关闭的资源）。
关系： Closeable 继承自 AutoCloseable ，IO流实现 Closeable ，因此可被 try-with-resources 自动关闭。

22. 什么是字符编码？IO操作中如何避免乱码？

字符编码是“字符与二进制数据的映射规则”（如UTF-8、GBK）。乱码源于“写入编码与读取编码不一致”。
避免乱码：

字符流/转换流操作时，显式指定编码（如 new InputStreamReader(in, “UTF-8”) ），不依赖系统默认编码。
统一项目编码（如全用UTF-8）。

23. PrintStream 和 PrintWriter 的区别是什么？

两者都是“打印流”，支持格式化输出（如 print() 、 println() ），区别：

流类型： PrintStream 是字节流， PrintWriter 是字符流。
编码支持： PrintWriter 构造时可显式指定编码， PrintStream 需通过 OutputStreamWriter 间接指定。
异常处理：两者都不抛 IOException ，需通过 checkError() 方法检查是否有错误。

24. 什么是数据流（DataInputStream/DataOutputStream）？

数据流是处理“基本数据类型（如int、double） ”的字节流，可直接读写基本数据类型，无需手动转换为字节数组。
示例： dataOut.writeInt(100) 写入int， dataIn.readInt() 读取int。

25. 随机访问文件（RandomAccessFile）有什么特点？

RandomAccessFile 是特殊的IO类，支持“随机读写”（可跳转到文件任意位置操作），无需从头顺序读写。
核心方法：

seek(long pos) ：跳转到文件指定位置（字节偏移量）。
readXXX() / writeXXX() ：读写基本数据类型。
用途：适用于大文件分段读写（如断点续传）。

26. IO流关闭的顺序是什么？为什么？

若多个流嵌套（如缓冲流包装文件流），关闭顺序是“先关外层流，再关内层流”；但实际用 try-with-resources 时，会自动按“声明逆序”关闭，无需手动控制。
原因：外层流依赖内层流，关闭外层流时会自动关闭内层流（避免内层流泄漏）；若先关内层流，外层流关闭时可能报错。

27. 什么是“流泄漏”？如何避免？

流泄漏是“IO流未关闭，导致系统资源（如文件句柄、网络连接）被占用，无法释放”，长期会导致资源耗尽。
避免方式：

用 try-with-resources 自动关闭流。
传统方式中，在 finally 块中确保 close() （需判空，避免空指针）。

28. NIO中的“零拷贝”是什么意思？有什么优势？

零拷贝（Zero-Copy）是NIO优化IO性能的技术，指“数据从内核空间直接传输到目标设备（如网络），无需在内核空间与用户空间之间拷贝”（传统IO需2-4次拷贝）。
优势：减少CPU拷贝开销，提升大文件传输效率（如文件下载、视频流），常见于 FileChannel.transferTo() 方法。

29. 什么是BIO、NIO、AIO？它们的适用场景是什么？

BIO：阻塞IO，简单易实现，适用于“连接数少、IO操作快”的场景（如本地文件操作、简单Socket服务）。
NIO：非阻塞IO，适用于“连接数多、IO操作慢”的场景（如高并发网络服务，如Tomcat底层）。
AIO：异步IO（NIO.2），适用于“需异步通知、不希望阻塞线程”的场景（如高性能服务器，如Netty的AIO模式）。

30. Netty框架和Java NIO的关系是什么？

Netty是基于Java NIO的“高性能网络编程框架”，它封装了NIO的复杂细节（如Selector轮询、缓冲区管理、线程模型），提供更简洁的API和更稳定的性能，解决了NIO的“空轮询”“线程安全”等问题，是企业级网络服务（如RPC、网关）的首选。

31. ByteArrayInputStream 和 ByteArrayOutputStream 的作用是什么？

两者是“内存流”，数据读写基于字节数组（内存），不依赖磁盘/网络，速度快。

ByteArrayInputStream ：从字节数组读数据（模拟输入流）。
ByteArrayOutputStream ：向字节数组写数据（模拟输出流），可通过 toByteArray() 获取最终字节数组。
用途：适用于内存中数据转换（如字符串与字节数组互转）、测试IO逻辑。

32. 什么是字符集（Charset）？如何获取系统默认字符集？

字符集（Charset）是字符编码的集合（如UTF-8、GBK）， java.nio.charset.Charset 类是其抽象表示。
获取系统默认字符集：

Charset.defaultCharset() ：返回JVM默认字符集（依赖操作系统和JVM配置）。
System.getProperty(“file.encoding”) ：通过系统属性获取，与 defaultCharset() 结果一致。

33. IO操作中， read() 方法返回-1表示什么？

read() 返回-1表示“已到达流的末尾”（没有更多数据可读取），是IO读取循环的终止条件（如 while ((len = in.read(buf)) != -1) ）。

34. 为什么 FileInputStream 的 read() 方法返回int类型，而不是byte类型？

byte 类型范围是 -128~127 ，若直接返回byte，当读取的字节是 0xFF （对应十进制255）时，会被解析为 -1 ，与“流末尾”的 -1 冲突。
返回int时，会将byte的8位数据“高位补0”转为32位int（如 0xFF 转为 255 ），仅当真正到流末尾时返回 -1 ，避免歧义。