Java I/O流的緩衝機制是如何實現的？

Java I/O 流透過 BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream 提供緩衝機制，提高讀寫效能。 BufferedInputStream 從底層輸入流讀取資料並儲存在內部緩衝區中，提高對頻繁讀取小資料塊的效能。 BufferedOutputStream 將資料寫入內部緩衝區，當緩衝區已滿或需要立即刷新時，寫入底層輸出流，最佳化對不頻繁寫入大資料區塊的效能。

Java I/O 流的緩衝機制

緩衝機制概述

Java I/O 流提供了緩衝機制，它透過在記憶體中儲存資料區塊（緩衝區）來提高讀寫效能。當操作緩衝區時，I/O 操作是針對緩衝區進行的，而不是直接針對底層檔案或流。這可以節省系統呼叫和上下文的切換時間。

緩衝機制的實作

Java I/O 流中的緩衝機制是透過使用BufferedInputStream 和BufferedOutputStream 輸入/輸出流實現的。這些流包含內部緩衝區，用於在記憶體中儲存資料塊。

BufferedInputStream

BufferedInputStream 讀入資料並儲存在內部緩衝區中。當緩衝區填滿時，流會從底層輸入流中讀取另一個資料區塊，填入緩衝區，並傳回緩衝區中的第一個位元組。這提高了對小資料塊頻繁讀取的效能。

BufferedOutputStream

BufferedOutputStream 將資料寫入內部緩衝區。當緩衝區已滿或需要立即刷新資料時，流將緩衝區中的資料寫入底層輸出流。這優化了對大數據塊的不頻繁寫入的效能，減少了系統呼叫的數量。

實戰案例

考慮以下程式碼，它使用BufferedInputStream 讀入一個文字檔案：

try (BufferedInputStream in = new BufferedInputStream(new FileInputStream("input.txt"))) {
    byte[] buf = new byte[1024];
    int bytesRead;

    while ((bytesRead = in.read(buf)) != -1) {
        System.out.write(buf, 0, bytesRead);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

在此範例中，BufferedInputStream 將資料分塊讀入內部緩衝區，從而提高了對小資料區塊頻繁讀取的效能。

需要注意的點

• 緩衝區大小會影響效能。較大的緩衝區可以減少系統呼叫的數量，但也會消耗更多的記憶體。
• BufferedInputStream 和BufferedOutputStream 類別的緩衝區是透過 java.io.BufferedInputStream.DEFAULT_BUFFER_SIZE （預設為8192 位元組）指定的，您可以在建置流程實例時覆寫此值。
• 當使用flush() 方法時，BufferedOutputStream 會立即將緩衝區中的資料寫入底層輸出流，而BufferedInputStream 則會在從緩衝區中讀取所有資料或關閉流時刷新緩衝區。

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