day10【缓冲流、转换流、序列化流】
主要内容
  • 缓冲流
  • 转换流
  • 序列化流
  • 打印流
教学目标
  • [ ] 能够使用字节缓冲流读取数据到程序
  • [ ] 能够使用字节缓冲流写出数据到文件
  • [ ] 能够明确字符缓冲流的作用和基本用法
  • [ ] 能够使用缓冲流的特殊功能
  • [ ] 能够阐述编码表的意义
  • [ ] 能够使用转换流读取指定编码的文本文件
  • [ ] 能够使用转换流写入指定编码的文本文件
  • [ ] 能够说出打印流的特点
  • [ ] 能够使用序列化流写出对象到文件
  • [ ] 能够使用反序列化流读取文件到程序中
第一章 缓冲流
昨天学习了基本的一些流,作为IO流的入门,今天我们要见识一些更强大的流。比如能够高效读写的缓冲流,能够转换编码的转换流,能够持久化存储对象的序列化流等等。这些功能更为强大的流,都是在基本的流对象基础之上创建而来的,就像穿上铠甲的武士一样,相当于是对基本流对象的一种增强。
1.1 概述
缓冲流,也叫高效流,是对4个基本的FileXxx 流的增强,所以也是4个流,按照数据类型分类:
  • 字节缓冲流:BufferedInputStream,BufferedOutputStream
  • 字符缓冲流:BufferedReader,BufferedWriter
缓冲流的基本原理,是在创建流对象时,会创建一个内置的默认大小的缓冲区数组,通过缓冲区读写,减少系统IO次数,从而提高读写的效率。
1.2 字节缓冲流
构造方法
  • public BufferedInputStream(InputStream in) :创建一个 新的缓冲输入流。
  • public BufferedOutputStream(OutputStream out): 创建一个新的缓冲输出流。
构造举例,代码如下:
java // 创建字节缓冲输入流 BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("bis.txt")); // 创建字节缓冲输出流 BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("bos.txt"));
效率测试
查询API,缓冲流读写方法与基本的流是一致的,我们通过复制大文件(375MB),测试它的效率。
  1. 基本流,代码如下:
```java public class BufferedDemo { public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException { // 记录开始时间 long start = System.currentTimeMillis(); // 创建流对象 try ( FileInputStream fis = new FileInputStream("jdk9.exe"); FileOutputStream fos = new FileOutputStream("copy.exe") ){ // 读写数据 int b; while ((b = fis.read()) != -1) { fos.write(b); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } // 记录结束时间 long end = System.currentTimeMillis(); System.out.println("普通流复制时间:"+(end - start)+" 毫秒"); } }
十几分钟过去了... ```
  1. 缓冲流,代码如下:
```java public class BufferedDemo { public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException { // 记录开始时间 long start = System.currentTimeMillis(); // 创建流对象 try ( BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("jdk9.exe")); BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("copy.exe")); ){ // 读写数据 int b; while ((b = bis.read()) != -1) { bos.write(b); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } // 记录结束时间 long end = System.currentTimeMillis(); System.out.println("缓冲流复制时间:"+(end - start)+" 毫秒"); } }
缓冲流复制时间:8016 毫秒 ``` 如何更快呢?
使用数组的方式,代码如下:
java public class BufferedDemo { public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException { // 记录开始时间 long start = System.currentTimeMillis(); // 创建流对象 try ( BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("jdk9.exe")); BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("copy.exe")); ){ // 读写数据 int len; byte[] bytes = new byte[8*1024]; while ((len = bis.read(bytes)) != -1) { bos.write(bytes, 0 , len); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } // 记录结束时间 long end = System.currentTimeMillis(); System.out.println("缓冲流使用数组复制时间:"+(end - start)+" 毫秒"); } } 缓冲流使用数组复制时间:666 毫秒
1.3 字符缓冲流
构造方法
  • public BufferedReader(Reader in) :创建一个 新的缓冲输入流。
  • public BufferedWriter(Writer out): 创建一个新的缓冲输出流。
构造举例,代码如下:
java // 创建字符缓冲输入流 BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("br.txt")); // 创建字符缓冲输出流 BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("bw.txt"));
特有方法
字符缓冲流的基本方法与普通字符流调用方式一致,不再阐述,我们来看它们具备的特有方法。
  • BufferedReader:public String readLine(): 读一行文字。
  • BufferedWriter:public void newLine(): 写一行行分隔符,由系统属性定义符号。
readLine方法演示,代码如下:
java public class BufferedReaderDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建流对象 BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("in.txt")); // 定义字符串,保存读取的一行文字 String line = null; // 循环读取,读取到最后返回null while ((line = br.readLine())!=null) { System.out.print(line); System.out.println("------"); } // 释放资源 br.close(); } }
newLine方法演示,代码如下:
java public class BufferedWriterDemo throws IOException { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建流对象 BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("out.txt")); // 写出数据 bw.write("黑马"); // 写出换行 bw.newLine(); bw.write("程序"); bw.newLine(); bw.write("员"); bw.newLine(); // 释放资源 bw.close(); } } 输出效果: 黑马 程序 员
1.4 练习:文本排序
请将文本信息恢复顺序。
3.侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等,此皆良实,志虑忠纯,是以先帝简拔以遗陛下。愚以为宫中之事,事无大小,悉以咨之,然后施行,必得裨补阙漏,有所广益。 8.愿陛下托臣以讨贼兴复之效,不效,则治臣之罪,以告先帝之灵。若无兴德之言,则责攸之、祎、允等之慢,以彰其咎;陛下亦宜自谋,以咨诹善道,察纳雅言,深追先帝遗诏,臣不胜受恩感激。 4.将军向宠,性行淑均,晓畅军事,试用之于昔日,先帝称之曰能,是以众议举宠为督。愚以为营中之事,悉以咨之,必能使行阵和睦,优劣得所。 2.宫中府中,俱为一体,陟罚臧否,不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者,宜付有司论其刑赏,以昭陛下平明之理,不宜偏私,使内外异法也。 1.先帝创业未半而中道崩殂,今天下三分,益州疲弊,此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内,忠志之士忘身于外者,盖追先帝之殊遇,欲报之于陛下也。诚宜开张圣听,以光先帝遗德,恢弘志士之气,不宜妄自菲薄,引喻失义,以塞忠谏之路也。 9.今当远离,临表涕零,不知所言。 6.臣本布衣,躬耕于南阳,苟全性命于乱世,不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙,猥自枉屈,三顾臣于草庐之中,咨臣以当世之事,由是感激,遂许先帝以驱驰。后值倾覆,受任于败军之际,奉命于危难之间,尔来二十有一年矣。 7.先帝知臣谨慎,故临崩寄臣以大事也。受命以来,夙夜忧叹,恐付托不效,以伤先帝之明,故五月渡泸,深入不毛。今南方已定,兵甲已足,当奖率三军,北定中原,庶竭驽钝,攘除奸凶,兴复汉室,还于旧都。此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。至于斟酌损益,进尽忠言,则攸之、祎、允之任也。 5.亲贤臣,远小人,此先汉所以兴隆也;亲小人,远贤臣,此后汉所以倾颓也。先帝在时,每与臣论此事,未尝不叹息痛恨于桓、灵也。侍中、尚书、长史、参军,此悉贞良死节之臣,愿陛下亲之信之,则汉室之隆,可计日而待也。
案例分析
  1. 逐行读取文本信息。
  2. 解析文本信息到集合中。
  3. 遍历集合,按顺序,写出文本信息。
案例实现
```java public class BufferedTest { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建map集合,保存文本数据,键为序号,值为文字 HashMap<String, String> lineMap = new HashMap<>();
// 创建流对象 BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("in.txt")); BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("out.txt")); // 读取数据 String line = null; while ((line = br.readLine())!=null) { // 解析文本 String[] split = line.split("\\."); // 保存到集合 lineMap.put(split[0],split[1]); } // 释放资源 br.close(); // 遍历map集合 for (int i = 1; i <= lineMap.size(); i++) { String key = String.valueOf(i); // 获取map中文本 String value = lineMap.get(key); // 写出拼接文本 bw.write(key+"."+value); // 写出换行 bw.newLine(); } // 释放资源 bw.close(); }
} ```
第二章 转换流
2.1 字符编码和字符集
字符编码
计算机中储存的信息都是用二进制数表示的,而我们在屏幕上看到的数字、英文、标点符号、汉字等字符是二进制数转换之后的结果。按照某种规则,将字符存储到计算机中,称为编码 。反之,将存储在计算机中的二进制数按照某种规则解析显示出来,称为解码 。比如说,按照A规则存储,同样按照A规则解析,那么就能显示正确的文本符号。反之,按照A规则存储,再按照B规则解析,就会导致乱码现象。
编码:字符(能看懂的)--字节(看不懂的)
解码:字节(看不懂的)-->字符(能看懂的)
  • 字符编码Character Encoding : 就是一套自然语言的字符与二进制数之间的对应规则。
编码表:生活中文字和计算机中二进制的对应规则
字符集
  • 字符集 Charset:也叫编码表。是一个系统支持的所有字符的集合,包括各国家文字、标点符号、图形符号、数字等。
计算机要准确的存储和识别各种字符集符号,需要进行字符编码,一套字符集必然至少有一套字符编码。常见字符集有ASCII字符集、GBK字符集、Unicode字符集等。
可见,当指定了编码,它所对应的字符集自然就指定了,所以编码才是我们最终要关心的。
  • ASCII字符集 :
  • ASCII(American Standard Code for Information Interchange,美国信息交换标准代码)是基于拉丁字母的一套电脑编码系统,用于显示现代英语,主要包括控制字符(回车键、退格、换行键等)和可显示字符(英文大小写字符、阿拉伯数字和西文符号)。
  • 基本的ASCII字符集,使用7位(bits)表示一个字符,共128字符。ASCII的扩展字符集使用8位(bits)表示一个字符,共256字符,方便支持欧洲常用字符。
  • ISO-8859-1字符集:
  • 拉丁码表,别名Latin-1,用于显示欧洲使用的语言,包括荷兰、丹麦、德语、意大利语、西班牙语等。
  • ISO-8859-1使用单字节编码,兼容ASCII编码。
  • GBxxx字符集:
  • GB就是国标的意思,是为了显示中文而设计的一套字符集。
  • GB2312:简体中文码表。一个小于127的字符的意义与原来相同。但两个大于127的字符连在一起时,就表示一个汉字,这样大约可以组合了包含7000多个简体汉字,此外数学符号、罗马希腊的字母、日文的假名们都编进去了,连在ASCII里本来就有的数字、标点、字母都统统重新编了两个字节长的编码,这就是常说的"全角"字符,而原来在127号以下的那些就叫"半角"字符了。
  • GBK:最常用的中文码表。是在GB2312标准基础上的扩展规范,使用了双字节编码方案,共收录了21003个汉字,完全兼容GB2312标准,同时支持繁体汉字以及日韩汉字等。
  • GB18030:最新的中文码表。收录汉字70244个,采用多字节编码,每个字可以由1个、2个或4个字节组成。支持中国国内少数民族的文字,同时支持繁体汉字以及日韩汉字等。
  • Unicode字符集 :
  • Unicode编码系统为表达任意语言的任意字符而设计,是业界的一种标准,也称为统一码、标准万国码。
  • 它最多使用4个字节的数字来表达每个字母、符号,或者文字。有三种编码方案,UTF-8、UTF-16和UTF-32。最为常用的UTF-8编码。
  • UTF-8编码,可以用来表示Unicode标准中任何字符,它是电子邮件、网页及其他存储或传送文字的应用中,优先采用的编码。互联网工程工作小组(IETF)要求所有互联网协议都必须支持UTF-8编码。所以,我们开发Web应用,也要使用UTF-8编码。它使用一至四个字节为每个字符编码,编码规则:
  • 128个US-ASCII字符,只需一个字节编码。
  • 拉丁文等字符,需要二个字节编码。
  • 大部分常用字(含中文),使用三个字节编码。
  • 其他极少使用的Unicode辅助字符,使用四字节编码。
2.2 编码引出的问题
在IDEA中,使用FileReader 读取项目中的文本文件。由于IDEA的设置,都是默认的UTF-8编码,所以没有任何问题。但是,当读取Windows系统中创建的文本文件时,由于Windows系统的默认是GBK编码,就会出现乱码。
java public class ReaderDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { FileReader fileReader = new FileReader("E:\\File_GBK.txt"); int read; while ((read = fileReader.read()) != -1) { System.out.print((char)read); } fileReader.close(); } } 输出结果: ���
那么如何读取GBK编码的文件呢?
2.3 InputStreamReader类
转换流java.io.InputStreamReader,是Reader的子类,是从字节流到字符流的桥梁。它读取字节,并使用指定的字符集将其解码为字符。它的字符集可以由名称指定,也可以接受平台的默认字符集。
构造方法
  • InputStreamReader(InputStream in): 创建一个使用默认字符集的字符流。
  • InputStreamReader(InputStream in, String charsetName): 创建一个指定字符集的字符流。
构造举例,代码如下:
java InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream("in.txt")); InputStreamReader isr2 = new InputStreamReader(new FileInputStream("in.txt") , "GBK");
指定编码读取
```java public class ReaderDemo2 { public static void main(String[] args) throws IOException { // 定义文件路径,文件为gbk编码 String FileName = "E:\file_gbk.txt"; // 创建流对象,默认UTF8编码 InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream(FileName)); // 创建流对象,指定GBK编码 InputStreamReader isr2 = new InputStreamReader(new FileInputStream(FileName) , "GBK"); // 定义变量,保存字符 int read; // 使用默认编码字符流读取,乱码 while ((read = isr.read()) != -1) { System.out.print((char)read); // ��Һ� } isr.close();
// 使用指定编码字符流读取,正常解析 while ((read = isr2.read()) != -1) { System.out.print((char)read);// 大家好 } isr2.close(); }
} ```
2.4 OutputStreamWriter类
转换流java.io.OutputStreamWriter ,是Writer的子类,是从字符流到字节流的桥梁。使用指定的字符集将字符编码为字节。它的字符集可以由名称指定,也可以接受平台的默认字符集。
构造方法
  • OutputStreamWriter(OutputStream in): 创建一个使用默认字符集的字符流。
  • OutputStreamWriter(OutputStream in, String charsetName): 创建一个指定字符集的字符流。
构造举例,代码如下:
java OutputStreamWriter isr = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("out.txt")); OutputStreamWriter isr2 = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("out.txt") , "GBK");
指定编码写出
```java public class OutputDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 定义文件路径 String FileName = "E:\out.txt"; // 创建流对象,默认UTF8编码 OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(FileName)); // 写出数据 osw.write("你好"); // 保存为6个字节 osw.close();
// 定义文件路径 String FileName2 = "E:\\out2.txt"; // 创建流对象,指定GBK编码 OutputStreamWriter osw2 = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(FileName2),"GBK"); // 写出数据 osw2.write("你好");// 保存为4个字节 osw2.close(); }
} ```
转换流理解图解
转换流是字节与字符间的桥梁!
2.5 练习:转换文件编码
将GBK编码的文本文件,转换为UTF-8编码的文本文件。
案例分析
  1. 指定GBK编码的转换流,读取文本文件。
  2. 使用UTF-8编码的转换流,写出文本文件。
案例实现
java public class TransDemo { public static void main(String[] args) { // 1.定义文件路径 String srcFile = "file_gbk.txt"; String destFile = "file_utf8.txt"; // 2.创建流对象 // 2.1 转换输入流,指定GBK编码 InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream(srcFile) , "GBK"); // 2.2 转换输出流,默认utf8编码 OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(destFile)); // 3.读写数据 // 3.1 定义数组 char[] cbuf = new char[1024]; // 3.2 定义长度 int len; // 3.3 循环读取 while ((len = isr.read(cbuf))!=-1) { // 循环写出 osw.write(cbuf,0,len); } // 4.释放资源 osw.close(); isr.close(); } }
第三章 序列化
3.1 概述
Java 提供了一种对象序列化的机制。用一个字节序列可以表示一个对象,该字节序列包含该对象的数据、对象的类型和对象中存储的属性等信息。字节序列写出到文件之后,相当于文件中持久保存了一个对象的信息。
反之,该字节序列还可以从文件中读取回来,重构对象,对它进行反序列化。对象的数据、对象的类型和对象中存储的数据信息,都可以用来在内存中创建对象。看图理解序列化: 
3.2 ObjectOutputStream类
java.io.ObjectOutputStream 类,将Java对象的原始数据类型写出到文件,实现对象的持久存储。
构造方法
  • public ObjectOutputStream(OutputStream out): 创建一个指定OutputStream的ObjectOutputStream。
构造举例,代码如下:
java FileOutputStream fileOut = new FileOutputStream("employee.txt"); ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(fileOut);
序列化操作
  1. 一个对象要想序列化,必须满足两个条件:
  2. 该类必须实现java.io.Serializable 接口,Serializable 是一个标记接口,不实现此接口的类将不会使任何状态序列化或反序列化,会抛出NotSerializableException 。
  3. 该类的所有属性必须是可序列化的。如果有一个属性不需要可序列化的,则该属性必须注明是瞬态的,使用transient 关键字修饰。
java public class Employee implements java.io.Serializable { public String name; public String address; public transient int age; // transient瞬态修饰成员,不会被序列化 public void addressCheck() { System.out.println("Address check : " + name + " -- " + address); } }
2.写出对象方法
  • public final void writeObject (Object obj) : 将指定的对象写出。
java public class SerializeDemo{ public static void main(String [] args) { Employee e = new Employee(); e.name = "zhangsan"; e.address = "beiqinglu"; e.age = 20; try { // 创建序列化流对象 ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("employee.txt")); // 写出对象 out.writeObject(e); // 释放资源 out.close(); fileOut.close(); System.out.println("Serialized data is saved"); // 姓名,地址被序列化,年龄没有被序列化。 } catch(IOException i) { i.printStackTrace(); } } } 输出结果: Serialized data is saved
3.3 ObjectInputStream类
ObjectInputStream反序列化流,将之前使用ObjectOutputStream序列化的原始数据恢复为对象。
构造方法
  • public ObjectInputStream(InputStream in): 创建一个指定InputStream的ObjectInputStream。
反序列化操作1
如果能找到一个对象的class文件,我们可以进行反序列化操作,调用ObjectInputStream读取对象的方法:
  • public final Object readObject () : 读取一个对象。
java public class DeserializeDemo { public static void main(String [] args) { Employee e = null; try { // 创建反序列化流 FileInputStream fileIn = new FileInputStream("employee.txt"); ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(fileIn); // 读取一个对象 e = (Employee) in.readObject(); // 释放资源 in.close(); fileIn.close(); }catch(IOException i) { // 捕获其他异常 i.printStackTrace(); return; }catch(ClassNotFoundException c) { // 捕获类找不到异常 System.out.println("Employee class not found"); c.printStackTrace(); return; } // 无异常,直接打印输出 System.out.println("Name: " + e.name); // zhangsan System.out.println("Address: " + e.address); // beiqinglu System.out.println("age: " + e.age); // 0 } }
对于JVM可以反序列化对象,它必须是能够找到class文件的类。如果找不到该类的class文件,则抛出一个 ClassNotFoundException 异常。
反序列化操作2
另外,当JVM反序列化对象时,能找到class文件,但是class文件在序列化对象之后发生了修改,那么反序列化操作也会失败,抛出一个InvalidClassException异常。发生这个异常的原因如下:
  • 该类的序列版本号与从流中读取的类描述符的版本号不匹配
  • 该类包含未知数据类型
  • 该类没有可访问的无参数构造方法
Serializable 接口给需要序列化的类,提供了一个序列版本号。serialVersionUID 该版本号的目的在于验证序列化的对象和对应类是否版本匹配。
```java public class Employee implements java.io.Serializable { // 加入序列版本号 private static final long serialVersionUID = 1L; public String name; public String address; // 添加新的属性 ,重新编译, 可以反序列化,该属性赋为默认值. public int eid;
public void addressCheck() { System.out.println("Address check : " + name + " -- " + address); }
} ```
3.4 练习:序列化集合
  1. 将存有多个自定义对象的集合序列化操作,保存到list.txt文件中。
  2. 反序列化list.txt ,并遍历集合,打印对象信息。
案例分析
  1. 把若干学生对象 ,保存到集合中。
  2. 把集合序列化。
  3. 反序列化读取时,只需要读取一次,转换为集合类型。
  4. 遍历集合,可以打印所有的学生信息
案例实现
```java public class SerTest { public static void main(String[] args) throws Exception { // 创建 学生对象 Student student = new Student("老王", "laow"); Student student2 = new Student("老张", "laoz"); Student student3 = new Student("老李", "laol");
ArrayList<Student> arrayList = new ArrayList<>(); arrayList.add(student); arrayList.add(student2); arrayList.add(student3); // 序列化操作 // serializ(arrayList); // 反序列化 ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("list.txt")); // 读取对象,强转为ArrayList类型 ArrayList<Student> list = (ArrayList<Student>)ois.readObject(); for (int i = 0; i < list.size(); i++ ){ Student s = list.get(i); System.out.println(s.getName()+"--"+ s.getPwd()); } } private static void serializ(ArrayList<Student> arrayList) throws Exception { // 创建 序列化流 ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("list.txt")); // 写出对象 oos.writeObject(arrayList); // 释放资源 oos.close(); }
} ```
第四章 打印流
4.1 概述
平时我们在控制台打印输出,是调用print方法和println方法完成的,这两个方法都来自于java.io.PrintStream类,该类能够方便地打印各种数据类型的值,是一种便捷的输出方式。
4.2 PrintStream类
构造方法
  • public PrintStream(String fileName): 使用指定的文件名创建一个新的打印流。
构造举例,代码如下:
java PrintStream ps = new PrintStream("ps.txt");
改变打印流向
System.out就是PrintStream类型的,只不过它的流向是系统规定的,打印在控制台上。不过,既然是流对象,我们就可以玩一个"小把戏",改变它的流向。
```java public class PrintDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { // 调用系统的打印流,控制台直接输出97 System.out.println(97);
// 创建打印流,指定文件的名称 PrintStream ps = new PrintStream("ps.txt"); // 设置系统的打印流流向,输出到ps.txt System.setOut(ps); // 调用系统的打印流,ps.txt中输出97 System.out.println(97); }
} ```

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