java.IO层次体系结构

在整个Java.io包中最重要的就是5个类和一个接口。5个类指的是File、OutputStream、InputStream、Writer、Reader；一个接口指的是Serializable.掌握了这些IO的核心操作那么对于Java中的IO体系也就有了一个初步的认识了

Java I/O主要包括如下几个层次，包含三个部分：

 1.流式部分――IO的主体部分；

2.非流式部分――主要包含一些辅助流式部分的类，如：File类、RandomAccessFile类和FileDescriptor等类；

3.其他类--文件读取部分的与安全相关的类，如：SerializablePermission类，以及与本地操作系统相关的文件系统的类，如：FileSystem类和Win32FileSystem类和WinNTFileSystem类。

主要的类如下：

1. File（文件特征与管理）：用于文件或者目录的描述信息，例如生成新目录，修改文件名，删除文件，判断文件所在路径等。

2. InputStream（二进制格式操作）：抽象类，基于字节的输入操作，是所有输入流的父类。定义了所有输入流都具有的共同特征。

3. OutputStream（二进制格式操作）：抽象类。基于字节的输出操作。是所有输出流的父类。定义了所有输出流都具有的共同特征。

     Java中字符是采用Unicode标准，一个字符是16位，即一个字符使用两个字节来表示。为此，JAVA中引入了处理字符的流。

4. Reader（文件格式操作）：抽象类，基于字符的输入操作。

5. Writer（文件格式操作）：抽象类，基于字符的输出操作。

6. RandomAccessFile（随机文件操作）：它的功能丰富，可以从文件的任意位置进行存取（输入输出）操作。

Java中IO流的体系结构如图：

5. 非流式文件类--File类

    在Java语言的java.io包中，由File类提供了描述文件和目录的操作与管理方法。但File类不是InputStream、OutputStream或Reader、Writer的子类，因为它不负责数据的输入输出，而专门用来管理磁盘文件与目录。

 

作用：File类主要用于命名文件、查询文件属性和处理文件目录。

代码如下:

public    class   File   extends Object   
    implements Serializable,Comparable  
{}                  

File类共提供了三个不同的构造函数，以不同的参数形式灵活地接收文件和目录名信息。构造函数：
1）File (String   pathname)   

    例:File  f1=new File("FileTest1.txt"); //创建文件对象f1，f1所指的文件是在当前目录下创建的FileTest1.txt
2）File (String  parent  ,  String child)

     例:File f2=new  File(“D:\\dir1","FileTest2.txt") ;//  注意：D:\\dir1目录事先必须存在，否则异常
3）File (File    parent  , String child)
     例:File  f4=new File("\\dir3");
          File  f5=new File(f4,"FileTest5.txt");  //在如果 \\dir3目录不存在使用f4.mkdir()先创建

        一个对应于某磁盘文件或目录的File对象一经创建， 就可以通过调用它的方法来获得文件或目录的属性。    

       1）public boolean exists( ) 判断文件或目录是否存在
       2）public boolean isFile( ) 判断是文件还是目录 
       3）public boolean isDirectory( ) 判断是文件还是目录
       4）public String getName( ) 返回文件名或目录名
       5）public String getPath( ) 返回文件或目录的路径。
       6）public long length( ) 获取文件的长度 
       7）public String[ ] list ( ) 将目录中所有文件名保存在字符串数组中返回。 

       File类中还定义了一些对文件或目录进行管理、操作的方法，常用的方法有：
       1） public boolean renameTo( File newFile );    重命名文件
       2） public void delete( );   删除文件
       3）  public boolean mkdir( ); 创建目录

例子：

代码如下:

import java.io.File;  
import java.io.IOException;  
public class TestFile {  
    public static void main(String args[]) throws IOException {  
        File dir = new File("\\root");  
        File f1 = new File(dir, "fileOne.txt");  
        File f2 = new File(dir, "fileTwo.java");  
        // 文件对象创建后，指定的文件或目录不一定物理上存在   
        if (!dir.exists())  
            dir.mkdir();  
        if (!f1.exists())  
            f1.createNewFile();  
        if (!f2.exists())  
            f2.createNewFile();  
        System.out.println("f1's AbsolutePath=  " + f1.getAbsolutePath());  
        System.out.println("f1 Canread=" + f1.canRead());  
        System.out.println("f1's len= " + f1.length());  
        String[] FL;  
        int count = 0;  
        FL = dir.list();  
        for (int i = 0; i < FL.length; i++) {  
            count++;  
            System.out.println(FL[i] + "is in \\root");  
        }  
        System.out.println("there are" + count + "file in //root");  
    }  

}  

说明：File类的方法:
(1) exists()测试磁盘中指定的文件或目录是否存在
(2) mkdir()创建文件对象指定的目录（单层目录）
(3) createNewFile()创建文件对象指定的文件

(4) list()返回目录中所有文件名字符串

6. Java.IO流类库

1. io流的四个基本类

java.io包中包含了流式I/O所需要的所有类。在java.io包中有四个基本类：InputStream、OutputStream及Reader、Writer类，它们分别处理字节流和字符流：

基本数据流的I/O

输入/输出

字节流               字符流             输入流           输出流

Inputstream     Reader       OutputStream    Writer

     Java中其他多种多样变化的流均是由它们派生出来的:

JDK1.4版本开始引入了新I/O类库，它位于java.nio包中，新I/O类库利用通道和缓冲区等来提高I/O操作的效率。

在java.io包中， java.io.InputStream 表示字节输入流， java.io.OutputStream表示字节输出流，处于java.io包最顶层。这两个类均为抽象类，也就是说它们不能被实例化，必须生成子类之后才能实现一定的功能。

1. io流的具体分类

一、按I/O类型来总体分类：

 1. Memory 1）从/向内存数组读写数据: CharArrayReader、 CharArrayWriter、ByteArrayInputStream、ByteArrayOutputStream
                   2）从/向内存字符串读写数据 StringReader、StringWriter、StringBufferInputStream
     2.Pipe管道  实现管道的输入和输出（进程间通信）: PipedReader、PipedWriter、PipedInputStream、PipedOutputStream
     3.File 文件流。对文件进行读、写操作 ：FileReader、FileWriter、FileInputStream、FileOutputStream
     4. ObjectSerialization 对象输入、输出 ：ObjectInputStream、ObjectOutputStream
     5.DataConversion数据流 按基本数据类型读、写（处理的数据是Java的基本类型（如布尔型，字节，整数和浮点数））：DataInputStream、DataOutputStream
     6.Printing 包含方便的打印方法 ：PrintWriter、PrintStream
     7.Buffering缓冲  在读入或写出时，对数据进行缓存，以减少I/O的次数：BufferedReader、BufferedWriter、BufferedInputStream、BufferedOutputStream
     8.Filtering 滤流，在数据进行读或写时进行过滤：FilterReader、FilterWriter、FilterInputStream、FilterOutputStream过
     9.Concatenation合并输入 把多个输入流连接成一个输入流 ：SequenceInputStream 
    10.Counting计数  在读入数据时对行记数 ：LineNumberReader、LineNumberInputStream
    11.Peeking Ahead 通过缓存机制，进行预读 ：PushbackReader、PushbackInputStream
    12.Converting between Bytes and Characters 按照一定的编码/解码标准将字节流转换为字符流，或进行反向转换（Stream到Reader,Writer的转换类）：InputStreamReader、OutputStreamWriter

二、按数据来源（去向）分类： 
1、File（文件）： FileInputStream, FileOutputStream, FileReader, FileWriter 
2、byte[]：ByteArrayInputStream, ByteArrayOutputStream 
3、Char[]: CharArrayReader, CharArrayWriter 
4、String: StringBufferInputStream, StringReader, StringWriter 
5、网络数据流：InputStream, OutputStream, Reader, Writer

7. 字节流InputStream/OutputStream

 1. InputStream抽象类 

InputStream 为字节输入流，它本身为一个抽象类，必须依靠其子类实现各种功能，此抽象类是表示字节输入流的所有类的超类。 继承自InputStream  的流都是向程序中输入数据的，且数据单位为字节（8bit）；

InputStream是输入字节数据用的类，所以InputStream类提供了3种重载的read方法.Inputstream类中的常用方法： 
　　（1） public abstract int read( )：读取一个byte的数据，返回值是高位补0的int类型值。若返回值=-1说明没有读取到任何字节读取工作结束。
　　（2） public int read(byte b[ ])：读取b.length个字节的数据放到b数组中。返回值是读取的字节数。该方法实际上是调用下一个方法实现的 
　　（3） public int read(byte b[ ], int off, int len)：从输入流中最多读取len个字节的数据，存放到偏移量为off的b数组中。 
　　（4） public int available( )：返回输入流中可以读取的字节数。注意：若输入阻塞，当前线程将被挂起，如果InputStream对象调用这个方法的话，它只会返回0，这个方法必须由继承InputStream类的子类对象调用才有用， 
　　（5） public long skip(long n)：忽略输入流中的n个字节，返回值是实际忽略的字节数, 跳过一些字节来读取 
　　（6） public int close( ) ：我们在使用完后，必须对我们打开的流进行关闭.

主要的子类：

1） FileInputStream把一个文件作为InputStream，实现对文件的读取操作     
　　  2） ByteArrayInputStream：把内存中的一个缓冲区作为InputStream使用 
　　  3） StringBufferInputStream：把一个String对象作为InputStream 
　　  4） PipedInputStream：实现了pipe的概念，主要在线程中使用 
　　  5） SequenceInputStream：把多个InputStream合并为一个InputStream

 2．OutputStream抽象类 　　OutputStream提供了3个write方法来做数据的输出，这个是和InputStream是相对应的。 
　　1. public void write(byte b[ ])：将参数b中的字节写到输出流。 
　　2. public void write(byte b[ ], int off, int len) ：将参数b的从偏移量off开始的len个字节写到输出流。 
　　3. public abstract void write(int b) ：先将int转换为byte类型，把低字节写入到输出流中。 
　　4. public void flush( ) : 将数据缓冲区中数据全部输出，并清空缓冲区。 
　　5. public void close( ) : 关闭输出流并释放与流相关的系统资源。

主要的子类：

1) ByteArrayOutputStream：把信息存入内存中的一个缓冲区中 
      2) FileOutputStream：把信息存入文件中 
      3) PipedOutputStream：实现了pipe的概念，主要在线程中使用 
      4) SequenceOutputStream：把多个OutStream合并为一个OutStream

流结束的判断：方法read()的返回值为-1时；readLine()的返回值为null时。

3. 文件输入流： FileInputStream类

FileInputStream可以使用read()方法一次读入一个字节，并以int类型返回，或者是使用read()方法时读入至一个byte数组，byte数组的元素有多少个，就读入多少个字节。在将整个文件读取完成或写入完毕的过程中，这么一个byte数组通常被当作缓冲区，因为这么一个byte数组通常扮演承接数据的中间角色。

作用：以文件作为数据输入源的数据流。或者说是打开文件，从文件读数据到内存的类。
使用方法(1)    
   File  fin=new File("d:/abc.txt"); 
  FileInputStream in=new FileInputStream( fin);

使用方法(2)
   FileInputStream  in=new  FileInputStream(“d: /abc.txt”);

程序举例：
将InputFromFile.java的程序的内容显示在显示器上

代码如下:

import java.io.IOException;  
import java.io.FileInputStream;  

public class TestFile {  
    public static void main(String args[]) throws IOException {  
        try{      
               FileInputStream rf=new   FileInputStream("InputFromFile.java");  
               int n=512;   byte  buffer[]=new  byte[n];     
               while((rf.read(buffer,0,n)!=-1)&&(n>0)){  
                   System.out.println(new String(buffer) );  
                }  
                System.out.println();  
                rf.close();  
        } catch(IOException  IOe){        
              System.out.println(IOe.toString());  
        }  

    }  

}              

4.文件输出流:FileOutputStream类　  作用：用来处理以文件作为数据输出目的数据流；或者说是从内存区读数据入文件

FileOutputStream类用来处理以文件作为数据输出目的数据流；一个表示文件名的字符串，也可以是File或FileDescriptor对象。 
　　创建一个文件流对象有两种方法： 
　　方式1： 
　　 File   f=new  File (“d:/myjava/write.txt ");
        FileOutputStream  out= new FileOutputStream (f);
　　方式2： 
　　FileOutputStream out=new FileOutputStream(“d:/myjava/write.txt "); 
　　方式3：构造函数将 FileDescriptor()对象作为其参数。 
　　FileDescriptor() fd=new FileDescriptor(); 
　　FileOutputStream f2=new FileOutputStream(fd); 
　　方式4：构造函数将文件名作为其第一参数，将布尔值作为第二参数。 
　　FileOutputStream f=new FileOutputStream("d:/abc.txt",true); 
　　注意： （1）文件中写数据时，若文件已经存在，则覆盖存在的文件；（2）的读/写操作结束时，应调用close方法关闭流。

程序举例：使用键盘输入一段文章，将文章保存在文件write.txt中

代码如下:

import java.io.IOException;  
import java.io.FileOutputStream;  
public class TestFile {  
    public static void main(String args[]) throws IOException {  
        try {  
            System.out.println("please Input from      Keyboard");  
            int count, n = 512;  
            byte buffer[] = new byte[n];  
            count = System.in.read(buffer);  
            FileOutputStream wf = new FileOutputStream("d:/myjava/write.txt");  
            wf.write(buffer, 0, count);  
            wf.close(); // 当流写操作结束时，调用close方法关闭流。   
            System.out.println("Save to the write.txt");  
        } catch (IOException IOe) {  
            System.out.println("File Write Error!");  
        }  
    }  

}          

5. FileInputStream流和FileOutputStream的应用

利用程序将文件file1.txt 拷贝到file2.txt中。

代码如下:

import java.io.File;  
import java.io.IOException;  
import java.io.FileOutputStream;  
import java.io.FileInputStream;  

public class TestFile {  
    public static void main(String args[]) throws IOException {  
        try {  
            File inFile = new File("copy.java");  
            File outFile = new File("copy2.java");  
            FileInputStream finS = new FileInputStream(inFile);  
            FileOutputStream foutS = new FileOutputStream(outFile);  
            int c;  
            while ((c = finS.read()) != -1) {  
                foutS.write(c);  
            }  
            finS.close();  
            foutS.close();  
        } catch (IOException e) {  
            System.err.println("FileStreamsTest: " + e);  
        }  
    }  

}  

6. 缓冲输入输出流 BufferedInputStream/ BufferedOutputStream   

    

      

计算机访问外部设备非常耗时。访问外存的频率越高，造成CPU闲置的概率就越大。为了减少访问外存的次数，应该在一次对外设的访问中，读写更多的数据。为此，除了程序和流节点间交换数据必需的读写机制外，还应该增加缓冲机制。缓冲流就是每一个数据流分配一个缓冲区，一个缓冲区就是一个临时存储数据的内存。这样可以减少访问硬盘的次数,提高传输效率。

BufferedInputStream:当向缓冲流写入数据时候，数据先写到缓冲区，待缓冲区写满后，系统一次性将数据发送给输出设备。

BufferedOutputStream :当从向缓冲流读取数据时候，系统先从缓冲区读出数据，待缓冲区为空时，系统再从输入设备读取数据到缓冲区。

1）将文件读入内存：

将BufferedInputStream与FileInputStream相接

FileInputStream in=new  FileInputStream( “file1.txt ” );

BufferedInputStream bin=new  BufferedInputStream( in);

2）将内存写入文件：

将BufferedOutputStream与 FileOutputStream相接

FileOutputStreamout=new FileOutputStream(“file1.txt”);

BufferedOutputStream  bin=new BufferedInputStream(out);

3）键盘输入流读到内存

将BufferedReader与标准的数据流相接 

 InputStreamReader sin=new InputStreamReader (System.in) ；

BufferedReader bin=new             BufferedReader(sin);

代码如下:

import java.io.*;  

public class ReadWriteToFile {  
    public static void main(String args[]) throws IOException {  
        InputStreamReader sin = new InputStreamReader(System.in);  
        BufferedReader bin = new BufferedReader(sin);  
        FileWriter out = new FileWriter("myfile.txt");  
        BufferedWriter bout = new BufferedWriter(out);  
        String s;  
        while ((s = bin.readLine()).length() > 0) {  
            bout.write(s, 0, s.length());  
        }  

    }  
}  

程序说明：
从键盘读入字符，并写入到文件中BufferedReader类的方法：String readLine()
作用：读一行字符串，以回车符为结束。
BufferedWriter类的方法：bout.write(String s,offset,len)
作用：从缓冲区将字符串s从offset开始，len长度的字符串写到某处。

8. 字符流Writer/Reader

 Java中字符是采用Unicode标准，一个字符是16位，即一个字符使用两个字节来表示。为此，JAVA中引入了处理字符的流。

1. Reader抽象类

用于读取字符流的抽象类。子类必须实现的方法只有 read(char[], int, int) 和 close()。但是，多数子类将重写此处定义的一些方法，以提供更高的效率和/或其他功能。

1) FileReader :与FileInputStream对应 
主要用来读取字符文件，使用缺省的字符编码，有三种构造函数： 
(1）将文件名作为字符串 ：FileReader f=new FileReader(“c:/temp.txt”); 
(2）构造函数将File对象作为其参数。 
File f=new file(“c:/temp.txt”); 
FileReader f1=new FileReader(f); 
(3) 构造函数将FileDescriptor对象作为参数 
FileDescriptor() fd=new FileDescriptor() 
FileReader f2=new FileReader(fd); 
(1) 用指定字符数组作为参数：CharArrayReader(char[]) 
(2) 将字符数组作为输入流:CharArrayReader(char[], int, int) 
读取字符串，构造函数如下： public StringReader(String s); 
2) CharArrayReader：与ByteArrayInputStream对应 
3) StringReader : 与StringBufferInputStream对应 
4) InputStreamReader 
从输入流读取字节，在将它们转换成字符:Public inputstreamReader(inputstream is); 
5) FilterReader: 允许过滤字符流 
protected filterReader(Reader r); 
6) BufferReader :接受Reader对象作为参数，并对其添加字符缓冲器，使用readline()方法可以读取一行。 
Public BufferReader(Reader r);       
主要方法：

(1)  public int read() throws IOException; //读取一个字符，返回值为读取的字符

　　(2)  public int read(char cbuf[]) throws IOException; /*读取一系列字符到数组cbuf[]中，返回值为实际读取的字符的数量*/ 
　　(3)  public abstract int read(char cbuf[],int off,int len) throws IOException; 
　　/*读取len个字符，从数组cbuf[]的下标off处开始存放，返回值为实际读取的字符数量，该方法必须由子类实现*/

2. Writer抽象类

写入字符流的抽象类。子类必须实现的方法仅有 write(char[], int, int)、flush() 和 close()。但是，多数子类将重写此处定义的一些方法，以提供更高的效率和/或其他功能。 其子类如下：

1） FileWrite: 与FileOutputStream对应  
　　将字符类型数据写入文件，使用缺省字符编码和缓冲器大小。 
　　Public FileWrite(file f); 
　　2)  chararrayWrite:与ByteArrayOutputStream对应 ,将字符缓冲器用作输出。 
　　    Public CharArrayWrite(); 
　　3) PrintWrite:生成格式化输出 
　　    public PrintWriter(outputstream os); 
　　4) filterWriter:用于写入过滤字符流 
　　    protected FilterWriter(Writer w); 
　　5) PipedWriter：与PipedOutputStream对应

6) StringWriter：无与之对应的以字节为导向的stream

主要方法：

　　(1)  public void write(int c) throws IOException； //将整型值c的低16位写入输出流 
　　(2)  public void write(char cbuf[]) throws IOException； //将字符数组cbuf[]写入输出流 
　　(3)  public abstract void write(char cbuf[],int off,int len) throws IOException； //将字符数组cbuf[]中的从索引为off的位置处开始的len个字符写入输出流 
　　(4)  public void write(String str) throws IOException； //将字符串str中的字符写入输出流 
　　(5)  public void write(String str,int off,int len) throws IOException； //将字符串str 中从索引off开始处的len个字符写入输出流 
　　(6)  flush( ) //刷空输出流，并输出所有被缓存的字节。 
　　(7)close()    关闭流 public abstract void close() throws IOException

3 .InputStream与Reader差别 OutputStream与Writer差别

InputStream和OutputStream类处理的是字节流，数据流中的最小单位是字节(8个bit)
Reader与Writer处理的是字符流，在处理字符流时涉及了字符编码的转换问题

代码如下:

import java.io.*;  
public class EncodeTest {  
    private static void readBuff(byte [] buff) throws IOException {  
       ByteArrayInputStream in =new ByteArrayInputStream(buff);  
        int data;  
        while((data=in.read())!=-1)   System.out.print(data+"  ");  
        System.out.println();     in.close();     }  

   public static void main(String args[]) throws IOException {  
       System.out.println("内存中采用unicode字符编码：" );  
       char   c='好';  
       int lowBit=c&0xFF;     int highBit=(c&0xFF00)>>8;  
       System.out.println(""+lowBit+"   "+highBit);  
       String s="好";  
       System.out.println("本地操作系统默认字符编码：");  
       readBuff(s.getBytes());  
       System.out.println("采用GBK字符编码：");  
       readBuff(s.getBytes("GBK"));  
       System.out.println("采用UTF-8字符编码：");        
       readBuff(s.getBytes("UTF-8"));      }  
}  

Reader类能够将输入流中采用其他编码类型的字符转换为Unicode字符，然后在内存中为其分配内存
Writer类能够将内存中的Unicode字符转换为其他编码类型的字符，再写到输出流中。

9. IOException异常类的子类

1.public class  EOFException ：
   非正常到达文件尾或输入流尾时，抛出这种类型的异常。
2.public class FileNotFoundException：
   当文件找不到时，抛出的异常。
3.public class InterruptedIOException：
   当I/O操作被中断时，抛出这种类型的异常。