Java IO

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原文：Java IO流学习总结-Oubo的博客

参考：Java I/O操作

Java流操作有关的类或接口：

类 说明
File 文件类
RandomAccessFile 随机存取文件类
InputStream 字节输入流
OutputStream 字节输出流
Reader 字节输入流
Writer 字符输出流

Java流类图结构：

1. 流的概念和作用

  • 流是一组有顺序的，有起点和终点的字节集合，是对数据传输的总称或抽象。即数据在两设备间的传输称为流。
  • 流的本质是数据传输，根据数据传输特性将流抽象为各种类，方便更直观的进行数据操作。

2. IO流的分类

  • 根据处理数据类型的不同分为：字符流和字节流
  • 根据数据流向不同分为：输入流和输出流

2.1 字符流和字节流

字符流的由来： 因为数据编码的不同，而有了对字符进行高效操作的流对象。本质其实就是基于字节流读取时，去查了指定的码表。

字节流和字符流的区别：

  • 读写单位不同：字节流以字节（8bit）为单位，字符流以字符为单位，根据码表映射字符，一次可能读多个字节。
  • 处理对象不同：字节流能处理所有类型的数据（如图片、avi等），而字符流只能处理字符类型的数据。

结论：只要是处理纯文本数据，就优先考虑使用字符流。 除此之外都使用字节流。

2.2 输入流和输出流

对输入流只能进行读操作，对输出流只能进行写操作，程序中需要根据待传输数据的不同特性而使用不同的流。

3. Java IO流对象

3.1 输入字节流InputStream

IO 中输入字节流的继承图可见上图，可以看出：

  1. InputStream 是所有的输入字节流的父类，它是一个抽象类。
  2. ByteArrayInputStream、StringBufferInputStream、FileInputStream 是三种基本的介质流，它们分别从Byte 数组、StringBuffer、和本地文件中读取数据。PipedInputStream 是从与其它线程共用的管道中读取数据，与Piped 相关的知识后续单独介绍。
  3. ObjectInputStream 和所有FilterInputStream 的子类都是装饰流（装饰器模式的主角）。

3.2 输出字节流OutputStream

IO 中输出字节流的继承图可见上图，可以看出：

  1. OutputStream 是所有的输出字节流的父类，它是一个抽象类。
  2. ByteArrayOutputStream、FileOutputStream 是两种基本的介质流，它们分别向Byte 数组、和本地文件中写入数据。PipedOutputStream 是向与其它线程共用的管道中写入数据，
  3. ObjectOutputStream 和所有FilterOutputStream 的子类都是装饰流。

3.3 字节流的输入与输出的对应

stream

图中蓝色的为主要的对应部分，红色的部分就是不对应部分。紫色的虚线部分代表这些流一般要搭配使用。

上面的图中可以看出Java IO 中的字节流是极其对称的。“存在及合理”我们看看这些字节流中不太对称的几个类吧！

  1. LineNumberInputStream 主要完成从流中读取数据时，会得到相应的行号，至于什么时候分行、在哪里分行是由改类主动确定的，并不是在原始中有这样一个行号。在输出部分没有对应的部分，我们完全可以自己建立一个LineNumberOutputStream，在最初写入时会有一个基准的行号，以后每次遇到换行时会在下一行添加一个行号，看起来也是可以的。好像更不入流了。
  2. PushbackInputStream 的功能是查看最后一个字节，不满意就放入缓冲区。主要用在编译器的语法、词法分析部分。输出部分的BufferedOutputStream 几乎实现相近的功能。
  3. StringBufferInputStream 已经被Deprecated，本身就不应该出现在InputStream 部分，主要因为String 应该属于字符流的范围。已经被废弃了，当然输出部分也没有必要需要它了！还允许它存在只是为了保持版本的向下兼容而已。
  4. SequenceInputStream 可以认为是一个工具类，将两个或者多个输入流当成一个输入流依次读取。完全可以从IO 包中去除，还完全不影响IO 包的结构，却让其更“纯洁”――纯洁的Decorator 模式。
  5. PrintStream 也可以认为是一个辅助工具。主要可以向其他输出流，或者FileInputStream 写入数据，本身内部实现还是带缓冲的。本质上是对其它流的综合运用的一个工具而已。一样可以踢出IO 包！System.out 和System.out 就是PrintStream 的实例！

3.4 字符输入流Reader

在上面的继承关系图中可以看出：

  1. Reader 是所有的输入字符流的父类，它是一个抽象类。

  2. CharArrayReader、StringReader 是两种基本的介质流，它们分别将Char 数组、String中读取数据。PipedReader 是从与其它线程共用的管道中读取数据。

  3. BufferedReader 很明显就是一个装饰器，它和其子类负责装饰其它Reader 对象。

  4. FilterReader 是所有自定义具体装饰流的父类，其子类PushbackReader 对Reader 对象进行装饰，会增加一个行号。

  5. InputStreamReader 是一个连接字节流和字符流的桥梁，它将字节流转变为字符流。FileReader 可以说是一个达到此功能、常用的工具类，在其源代码中明显使用了将FileInputStream 转变为Reader 的方法。 我们可以从这个类中得到一定的技巧。Reader 中各个类的用途和使用方法基本和InputStream 中的类使用一致。后面会有Reader 与InputStream 的对应关系。

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3.5 字符输出流Writer

在上面的关系图中可以看出：

  1. Writer 是所有的输出字符流的父类，它是一个抽象类。

  2. CharArrayWriter、StringWriter 是两种基本的介质流，它们分别向Char 数组、String 中写入数据。PipedWriter 是向与其它线程共用的管道中写入数据，

  3. BufferedWriter 是一个装饰器为Writer 提供缓冲功能。

  4. PrintWriter 和PrintStream 极其类似，功能和使用也非常相似。

  5. OutputStreamWriter 是OutputStream 到Writer 转换的桥梁，它的子类FileWriter 其实就是一个实现此功能的具体类（具体可以研究一SourceCode）。Writer中各个类的功能和使用和OutputStream 极其类似，后面会有它们的对应图。

    ​

3.6 字符流的输入与输出的对应

reader

3.7 字符流与字节流转换

转换流的特点：

  1. 其是字符流和字节流之间的桥梁

  2. 可对读取到的字节数据经过指定编码转换成字符

  3. 可对读取到的字符数据经过指定编码转换成字节

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何时使用转换流？

  1. 当字节和字符之间有转换动作时

  2. 流操作的数据需要编码或解码时

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具体的对象体现：

  1. InputStreamReader: 字节到字符的桥梁
  2. OutputStreamWriter: 字符到字节的桥梁

这两个流对象是字符体系中的成员，它们有转换作用，本身又是字符流，所以在构造的时候需要传入字节流对象进来。

3.8 File类

File类是对文件系统中文件以及文件夹进行封装的对象，可以通过对象的思想来操作文件和文件夹。

File类保存文件或目录的各种元数据信息，包括文件名、文件长度、最后修改时间、是否可读、获取当前文件的路径名，判断指定文件是否存在、获得当前目录中的文件列表，创建、删除文件和目录等方法。

3.9 RandomAccessFile类

该对象并不是流体系中的一员，其封装了字节流，同时还封装了一个缓冲区（字符数组），通过内部的指针来操作字符数组中的数据。 该对象特点：

  1. 该对象只能操作文件，所以构造函数接收两种类型的参数：a.字符串文件路径；b.File对象。
  2. 该对象既可以对文件进行读操作，也能进行写操作，在进行对象实例化时可指定操作模式(r,rw)

注意：该对象在实例化时，如果要操作的文件不存在，会自动创建；如果文件存在，写数据未指定位置，会从头开始写，即覆盖原有的内容。 可以用于多线程下载或多个线程同时写数据到文件。

4.示例

2. 使用字节流读写数据

  • 使用字节流读数据：
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import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
public class ReadByteStream {
    public static void main(String[] args) {
        FileInputStream fis = null; // 声明文件输入流对象
        try {
            fis = new FileInputStream("test.txt"); // test.txt文件在当前工程目录下事先创建好
            byte input[] = new byte[30];
            fis.read(input); // 读入到一个字节数组
            String str = new String(input, "UTF-8"); // 字符编码要与读入的文件对应
            System.out.println(str);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                fis.close(); // 关闭输入流
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
  • 使用字节流写数据：
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import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
public class WriteByteStream {
    public static void main(String[] args) {
        FileOutputStream fos = null;
        try {
            fos = new FileOutputStream("test2.txt");
            String str = "1234567";
            byte[] outStr = str.getBytes("UTF-8"); // 读入字节数组，并指定编码方式
            fos.write(outStr); // 使用文件输出流写出到文件
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                fos.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
  • 使用字节流拷贝文件
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import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
public class CopyFile {
    public static void main(String[] args) {
        FileInputStream fis = null;
        FileOutputStream fos = null;
        try {
            fis = new FileInputStream("test.png");
            fos = new FileOutputStream("test_new.png");
            byte input[] = new byte[50]; // 每次读取50 bytes
            while (fis.read(input) != -1) { // read返回读入的数据大小，如果没有数据返回-1
                fos.write(input); // 每次写入50 bytes
            }
            System.out.println("done");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                fis.close();
                fos.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

3. 使用带缓冲的字节流读写数据

带缓冲的流和不带缓冲的流区别:

  • 不带缓冲的操作, 每读一个字节就要写入一个字节, 由于涉及磁盘的IO操作相比内存的操作要慢很多, 所以不带缓冲的流效率很低
  • 带缓冲的流, 可以一次读很多字节, 但不向磁盘中写入, 只是先放到内存里. 等凑够了缓冲区大小的时候一次性写入磁盘, 这种方式可以减少磁盘操作次数, 速度就会提高很多!
  • 带缓冲的流适合读写比较大的文件.
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import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
public class ReadByBufferedByteStream {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            FileInputStream fis = new FileInputStream("movie.mp4");
            BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis,1000000); // 缓冲区大小1000000字节
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("moive_new.mp4");
            BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fos,1000000); // 缓冲区大小1000000字节
            //大型文件对应的数组可以大一些，小文件对应的数组小一些
            byte input[] = new byte[100000]; // 每次读写字节大写
            int count = 0;
            long before = System.currentTimeMillis(); // 开始计时
            while (bis.read(input) != -1) {
                bos.write(input);
                count++;
            }
            bos.flush();
            bis.close();
            fis.close();
            bos.close();
            fos.close();
            System.out.println(System.currentTimeMillis()-before+"ms"); // 总时长
            System.out.println("读取了："+count+"次");
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

4. 使用字符流读写数据

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import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
public class RWByCharStream {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            FileInputStream fis = new FileInputStream("java.txt");
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("java_new.txt");
            InputStreamReader reader = new InputStreamReader(fis, "UTF-8"); // 字符流的使用要传入字节流作为参数
            OutputStreamWriter writer = new OutputStreamWriter(fos, "UTF-8");
            char input[] = new char[100]; // 每次读取的数据大小
            int l = 0;
            while ((l = reader.read(input)) != -1) {
                // void write(char cbuf[], int off, int len)
                // 文件末尾的长度不一定是100，所以需要设置写入数据长度
                writer.write(input, 0, l);
            }
            reader.close(); // 先关闭字符流
            fis.close(); // 再关闭字节流
            writer.close();
            fos.close();
            System.out.println("done");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

5. 使用带缓冲的字符流读写数据

使用字符流读取数据时不能按行读取，这时候就需要使用带有缓冲区的字符流。

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import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.PrintWriter;
import java.io.Writer;
public class RWByBufferedCharStream {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            FileInputStream fis = new FileInputStream("java.txt");
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("java_new_buff.txt");
            InputStreamReader reader = new InputStreamReader(fis, "UTF-8");
            OutputStreamWriter writer = new OutputStreamWriter(fos, "UTF-8");
            BufferedReader br = new BufferedReader(reader);
            // BufferedWriter bw = new BufferedWriter(writer);
            // PrintWriter和BufferedWriter用法类似
            // PrintWriter可以输出换行符
            // 构造方法PrintWriter(Writer out,boolean autoFlush) 里可以设置缓冲区自动输出，这样就不需要手动调用flush方法了。
            PrintWriter pw = new PrintWriter(writer, true);
            String input;
            while ((input = br.readLine()) != null) { // BufferedReader可以按行读取
                // bw.write(input); //
                // BufferedWriter的writer方法是带有缓冲区的，此时打印的文本是不带换行符的
                pw.println(input);// PrintWriter的println方法支持不同平台的换行符输出
            }
            // bw.flush(); // 强制输出缓冲区内容。如果不加上flush，最后的缓冲区未读满将不输出内容
            // bw.close();
            pw.close();// 按顺序关闭流
            writer.close();
            fos.close();
            br.close();
            reader.close();
            fis.close();
            System.out.println("done");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

6. FileReader 和FileWriter

FileReader 和FileWriter 专门用于操作文本文件. 用法与 FileInputStream 类似.

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import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
public class FileRW {
    public static void main(String[] args) {
        FileReader fr = null;
        BufferedReader br = null;
        FileWriter fw = null;
        BufferedWriter bw = null;
        try {
            fr = new FileReader("java.txt");
            br = new BufferedReader(fr);
            fw = new FileWriter("java_new.txt");
            bw = new BufferedWriter(fw);
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                bw.write(line + "\n");
            }
            bw.flush();
            System.out.println("done");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                bw.close();
                fw.close();
                br.close();
                fr.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}