Java基础学习 -- I/O系统、流

　　Java类库里有四个表示流的抽象父类：InputStream、OutputStream、Reader、Writer。

　　其中 InputStream 和 OutputStream 是对字节进行操作的输入流和输出流；Reader 和 Writer 是对字符操作的输入输出流。

　　它们是抽象类，在用它们的时候必须要对其进行实例化，因此类库也提供了具有不同功能的它们的子类，比如，以文件形式输入输出的 FileInputStream、FileOutputStream 和FileReader、FileWriter 等。

　　以下列出了 Java IO 中一些比较常用的流类以及它们的方法使用，更多的流类请查阅API文档。

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　　一、字节流

　　1. InputStream、OutputStream 只能进行字节的传输数据

　　       InputStream抽象了应用程序读取数据的方式

　　　    OutputStream抽象了应用程序写出数据的方式

　　2. EOF = End，读到 -1 就读到结尾。

　　3. 输入流的基本方法（以下的 in 代表输入流的对象）

　　　　  int b = in.read();

　　　　  从流读取一个字节无符号填充到int的低8位。（一个int变量是4个字节，1字节=8位，read()方法只能读取一个字节并返回int，所以该字节填充到int的低八位。）若读到结尾，返回 -1。用该方法读取大文件时，要使用while循环，这样效率较低，时间也较长，可以使用下面的批量读取方式。

　　　　  in.read(byte[] buf);

　　　　  从流读取数据直接填充到字节数组buf，读取字节的个数取决于数组的长度。返回的是读到的字节的个数。如果读到结尾返回-1。

　　　　  in.read(byte[] buf, int start, int size);

　　　　  从流读取数据到字节数组buf，从buf的start位置开始，存放最多size长度的数据。返回的是读到的字节的个数。如果读到结尾返回-1。

　　4. 输出流的基本方法（以下的 out 代表输出流的对象）

　　　　  out.write(int b);

　　　　  写出一个byte到流，写出的是b的低8位。

　　　　  out.write(byte[] buf);

　　　　  将一个字节数组写出到流。

　　　　  out.write(byte[] buf, int start, int size);

　　　　  从buf的start位置开始，写size长度的数据到流。

　　5. FileInputStream 是 InputStream 的子类，具体实现了在文件上读取字节数据：

package test;
 
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.InputStream;
 
public class TestDemo {
 
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //我们在D盘下创建了一个demo.txt，内容为“你好hello”。
        File file = new File("D:\\demo.txt");
        if(!file.exists()) file.createNewFile();
        InputStream in = new FileInputStream(file);
        int temp;
        while((temp = in.read()) != -1) {
            System.out.print(Integer.toHexString(temp & 0xff) + " ");
        }
        in.close();
        System.out.println();
 
        InputStream in2 = new FileInputStream(file);
        byte[] buf = new byte[1024];
        int bytes = in2.read(buf);
        String s = new String(buf,0,bytes,"GBK");
        System.out.println(s);
        in2.close();
    }
 
}

Output:  c4 e3 ba c3 68 65 6c 6c 6f
　　　 　 你好hello        

　　6. FileOutputStream 是InputStream的子类，具体实现了在文件上读写出字节数据：

//这是一个拷贝文件的例子
 
package test;
 
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
 
public class TestDemo {
 
    public static void copyFile(File srcFile,File destFile) throws IOException{
        if(!srcFile.exists()) {
            throw new IllegalArgumentException("文件  " + srcFile + " 不存在！");
        }else if(!srcFile.isFile()) {
            throw new IllegalArgumentException(srcFile + " 不是文件！");
        }else {
            FileInputStream in = new FileInputStream(srcFile);
            FileOutputStream out = new FileOutputStream(destFile);
            byte[] bytes = new byte[8*1024];
            int b;
            while((b = in.read(bytes, 0, bytes.length)) != -1) {
                out.write(bytes, 0, b);
                out.flush();     //对于字节流而言，此句不加也没关系。
            }
            in.close();
            out.close();
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        try {
            copyFile(new File("D:\\demo.txt"),new File("D:\\demo_copy.txt"));
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
}

　　7. DataInputStream / DataOutputStream

　　　　  对“流”功能的扩展，可以更加方便的读写int，long，字符等基本数据类型。

　　　　  如：DataOutputStream的方法有 writeInt() , writeDouble() , writeUTF() 等。

　　　　  在构造Data流时，要用到其他的流作为参数。如：DataOutputStream dos = new DataOutputStream(new FileOutputStream(file));

　　　　  这其实是一种“装饰器（过滤器）”设计模式：首先用“其他的流”来构造Data流，然后像 writeInt() 这些方法里面其实都是用“其他的流”的 write() 方法来实现的，如：一个Int有4个字节，用 write() 八位八位地写，做4次 write() ,然后再做移位操作。说白了就是用 writeInt() 将这些操作包装好，方便以后的直接使用。

　　　　 

writeInt()源码 

package test;
 
import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
 
public class TestDemo {
 
    public static void main(String[] args) throws IOException{    
 
        DataOutputStream dos = new DataOutputStream(
                new FileOutputStream("D:\\demo.dat"));
        dos.writeInt(10);
        dos.writeInt(-10);
        dos.writeUTF("中国");      //采用utf-8编码写出
        dos.writeChars("中国");   //采用utf-16be编码写出
        PrintHex.printHex("D:\\demo.dat");
        dos.close();
 
        DataInputStream dis = new DataInputStream(
                new FileInputStream("D:\\demo.dat"));
        System.out.println();
        int i = dis.readInt();
        System.out.println(i);
        i = dis.readInt();
        System.out.println(i);
        String s = dis.readUTF();
        System.out.println(s);
        dis.close();
    }
 
}
  　　/*--------------------------------------------*/
package test;
 
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
 
public class PrintHex {
 
    public static void printHex(String fileName) throws IOException {
        FileInputStream in = new FileInputStream(fileName);
        int b;
        while((b = in.read()) != -1) {
            System.out.print(Integer.toHexString(b & 0xff) + " ");
        }
        in.close();
    }
 
}
 
/**
 * Output：
 * 0 0 0 a ff ff ff f6 0 6 e4 b8 ad e5 9b bd 4e 2d 56 fd
 * 10
 * -10
 * 中国
 */

　　8. BufferedInputStream / BufferedOutputStream

　　　　  这两个流类为IO提供了带缓冲区的操作，一般打开文件进行读写操作时都会加上缓冲，这种流模式提高了IO的性能。

　　　　  从应用程序中把输入放入文件，相当于将一缸水倒入到另一个缸中:
 　　　　 FileOutputStream  --->  write() 方法相当于一滴一滴地把水“转移”过去。
 　　　　 DataOutputStream  --->  writeXxx() 方法会方便一些，相当于一瓢一瓢把水“转移”过去。
 　　  　  BufferedOutputStream  --->  write 方法更方便，相当于一飘一瓢先放入桶中，再从桶中倒入到另一个缸中，性能提高了。

　　　　  这种字节缓冲流同样是采用装饰模式，要用其他的流来参与构造。

　　　　  以下是四种不同方式的文件拷贝，效率对比：

package test;
 
import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
 
public class CopyMethod {
    //以单字节传输
    public static void copyByByte(String srcFile,String destFile) throws IOException {
        FileInputStream fis = new FileInputStream(srcFile);
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(destFile);
        int i;
        while((i = fis.read()) != -1) {
            fos.write(i);
        }
        fis.close();
        fos.close();
    }
    //以字节数组传输
    public static void copyByBytes(String srcFile,String destFile) throws IOException {
        FileInputStream fis = new FileInputStream(srcFile);
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(destFile);
        byte[] bytes = new byte[8*1024];
        int i;
        while((i = fis.read(bytes, 0, bytes.length)) != -1) {
            fos.write(bytes, 0, i);
        }
        fis.close();
        fos.close();
    }
    //以单字节缓冲流传输
    public static void copyByByteBuffer(String srcFile,String destFile) throws IOException {
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(
                new FileInputStream(srcFile));
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(
                new FileOutputStream(destFile));
        int i;
        while((i = bis.read()) != -1) {
            bos.write(i);
            bos.flush();  //缓冲流要冲刷，否则写入不到文件
        }
        bis.close();
        bos.close();
    }
    //以字节数组缓冲流传输
    public static void copyByBytesBuffer(String srcFile,String destFile) throws IOException {
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(
                new FileInputStream(srcFile));
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(
                new FileOutputStream(destFile));
        byte[] bytes = new byte[8*1024];
        int i;
        while((i = bis.read(bytes, 0, bytes.length)) != -1) {
            bos.write(bytes, 0, i);
            bos.flush();   //缓冲流要冲刷，否则写入不到文件
        }
        bis.close();
        bos.close();
    }
 
}

package test;
 
import java.io.IOException;
 
public class TestDemo {
 
    public static void main(String[] args) {
        try {
　　　　　　　//比较这四种拷贝方式的效率。
            long start = System.currentTimeMillis();
            //Copy.copyByByte("D:\\1.mp3", "D:\\2.mp3");       //用时2908ms
            //Copy.copyByByteBuffer("D:\\1.mp3","D:\\2.mp3");  //用时1854ms
            //Copy.copyByBytes("D:\\1.mp3","D:\\2.mp3");       //用时7ms
            //Copy.copyByBytesBuffer("D:\\1.mp3","D:\\2.mp3"); //用时37ms，以字节数组缓冲流的方式反而比不带缓冲的字节数组传输得慢。
            long end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(end-start);
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
}

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　　二、字符流 

　　1) 认识文本和文本文件：

　　　　java的文本(char) 是16位无符号整数，是字符的unicode编码（双字节编码)。

　　　　文件 是byte byte byte ... 的数据序列。

　　　　文本文件 是文本(char)序列按照某种编码方案(utf-8,utf-16be,gbk)序列化为byte的存储结果。

　　2) 字符流(Reader Writer为抽象类) ---> 一般操作的是文本文件

　　1. InputStreamReader / OutputStreamWriter 

　　　　字符的处理：一次处理一个字符。字符的底层依然是基本的字节序列，字符流的基本实现：

　　　　InputStreamReader   完成byte流解析为char流，按照编码解析。

　　　　OutputStreamWriter  提供char流到byte流，按照编码处理。

　　　　字符流在构造时依然要用到字节流对象作为构造参数。

//我们利用字符流同时做了文本文件的打印和拷贝。
package test;
 
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
 
public class IsrAndOswDemo {
    public static void main(String[] args)throws IOException {
        FileInputStream in = new FileInputStream("D:\\douban-utf-8.txt");
        InputStreamReader isr = new InputStreamReader(in,"utf-8"); //如不写编码方式就默认为项目的编码。操作的时候，要写文件本身的编码格式。
 
        FileOutputStream out = new FileOutputStream("D:\\douban-utf-8-copy.txt");
        OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(out,"utf-8");
        /*int c ;
        while((c = isr.read())!=-1){
            System.out.print((char)c);
        }*/
        char[] buffer = new char[8*1024];
        int c;
        /*批量读取，放入buffer这个字符数组，从第0个位置开始放置，最多放buffer.length个
          返回的是读到的字符的个数
        */
        while(( c = isr.read(buffer,0,buffer.length))!=-1){
            String s = new String(buffer,0,c);
            System.out.print(s);
            osw.write(buffer,0,c);
            osw.flush();
        }
        isr.close();
        osw.close();
    }
}

　　2. FileReader / FileWriter

　　　　方便直接读写文本文件，不用像 InputStreamReader 和 OutputStreamWriter 一样需要嵌套一个File字节流。

　　　　在构造文件字符流时，有两点需要注意：

　　　　 1) 不能使用编码方式的参数，也就是说只能读取编码方式和项目编码方式相同的文本文件，否则读取进来再做输出时会乱码。

　　　　 2) 构造FileWriter时，可以使用append参数，如果设置为true，会在输出的文本文件后面追加文本内容。

//文本文件拷贝实例
 
package test;
 
import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
 
public class FrAndFwDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException{
        FileReader fr = new FileReader("D:\\douban-gbk.txt");
        FileWriter fw = new FileWriter("D:\\douban-gbk-copy.txt",true); //可以添加append参数，如果有，则在文件后面追加内容。
        char[] buffer = new char[2056];
        int c ;
        while((c = fr.read(buffer,0,buffer.length))!=-1){
            fw.write(buffer,0,c);
            fw.flush();
        }
        fr.close();
        fw.close();
    }
}

　　3. 字符流的过滤器 BufferedReader / BufferedWriter / PrintWriter

　　　　这两个过滤器最强大的功能是具有读写一整行的方法：

　　　　BufferedReader ---> readLine() 读一行，但是不能识别换行符

　　　　BufferedWriter / PrintWriter ---> 写一行

package test;
 
import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.PrintWriter;
 
public class BrAndBwOrPwDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException{
         //对文件进行读写操作
        BufferedReader br = new BufferedReader(
                new InputStreamReader(
                        new FileInputStream("D:\\douban-utf-8.txt"),"utf-8"));
        /*BufferedWriter bw = new BufferedWriter(
                new OutputStreamWriter(
                        new FileOutputStream("D:\\douban-utf-8-copy.txt"),"utf-8")); //写出时如果不加编码方式，会按默认的编码方式写出，copy的文件不再是utf-8编码，而是gbk编码。*/
        PrintWriter pw = new PrintWriter("e:\\javaio\\imooc4.txt","utf-8");
        //PrintWriter pw1 = new PrintWriter(outputStream,boolean autoFlush);
        String line ;
        while((line = br.readLine())!=null) {  //readLine方法一次读一行，但并不能识别换行
            System.out.println(line);
            /*bw.write(line);
            //单独写出换行操作
            bw.newLine();//换行操作
            bw.flush();*/
            pw.println(line); //写入到文件
            pw.flush();
        }
        br.close();
        //bw.close();
        pw.close();
    }
}

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　　三、对象的序列化和反序列化

　　　　对象序列化，就是将 Object 转换成 byte序列，反之叫对象的反序列化。对对象进行序列化和反序列化为的是 方便将来在 网络上 或者 本地 进行对象的传输。

　　1. 序列化的基本操作 ObjectOutputStream / ObjectInputStream

　　　　1)　序列化流(ObjectOutputStream) ---> 方法 writeObject(Object)

　　　　　　反序列化流(ObjectInputStream) ---> 方法 readObject() ，返回的是Object类

　　　　2)　序列化接口(Serializable)

　　　　　　要对对象进行序列化，那么这个对象必须要实现序列化接口Serializable，否则将出现异常。这个接口，没有任何方法，只是一个标准。

package test;
 
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
 
public class ObjectSeriaDemo1 {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        String file = "demo/obj.dat";
        //对象的序列化，将stu对象转化为字节序列存入file。
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(
                new FileOutputStream(file));
        Student stu = new Student("10001", "张三", 20);
        oos.writeObject(stu);
        oos.flush();
        oos.close();
        //对象的反序列化，将file中的字节序列转化为对象。
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(
                new FileInputStream(file));
        Student stu2 = (Student)ois.readObject(); //需要进行强制类型转换，因为readObject方法返回的是Object类，而不是Student类。
        System.out.println(stu2);
        ois.close();
    }
}