【Java】基本I/O的学习总结

计算机I/O

理解IO先要知道计算机对数据的输入输出是怎么处理的，下面一张图可以大致理解：

可以看出所谓输入是外部数据向CPU输入，而输出是CPU将数据输出到我们可见的地方，例如文件、屏幕等。而计算机通常是通过流来传递数据。

Java I/O

Java中的IO包中的类可以处理不同类型的流，例如：字节流(byte[])、字符流（character）、文件流、对象流等。

java.io中的抽象类：

• 处理字节流的抽象类：InputStream和OutputStream
• 处理过滤流的抽象类：FilterOutputStream和FilterInputStream
• 处理字符流的抽象类：Reader和Writer
• 处理压缩流的抽象类：InflaterInputStream和DeflaterOutputStream
  
  它们之间的关系如下：
  
  

字符流

输入流Reader

基本的字符输入流的类结构如下，每个类的作用从类名大致可以猜出：

这里想强调的是出现的设计模式————装饰器模式：

例如其中BufferedReader是对Reader接口的其他子类的一个装饰器，封装了其他Reader接口实现类，提供更方便的方法调用。

BufferedReader的构造器如下，初始化时需要传入一个对Reader接口的实现类的对象：

public BufferedReader(Reader in)｛｝

实例代码，读取指定路径的文件内容并输出：

public class ReaderTest {
    public static String read(String path) throws IOException {
        //装饰器模式，BufferedReader包装了FileReader
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(path));
        String s;
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        while ((s = reader.readLine()) != null) {
            sb.append(s + "\n");
        }
        reader.close();
        return sb.toString();
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println(read("D:/test.txt"));
    }
}

可以看出BufferedReader封装了FileReader来提供更方便的文件输入功能。

输出流Writer

类比输出流，输出流很容易理解，类关系如下：

同样也用到了装饰器模式，下面直接用代码来说明问题，这段代码目的是将in.txt的内容写到out.txt中：

public class WriterTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException{
        String inFile = "D:/in.txt";
        String outFile = "D:/out.txt";
        BufferedReader in = new BufferedReader(new StringReader(ReaderTest.read(inFile)));
        PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new FileWriter(outFile)));
        String s;
        int line = 1;
        while ((s = in.readLine()) != null) {
            out.println(line++ + ":" + s);
        }
        in.close();
        out.close();
        System.out.println(ReaderTest.read(outFile));
    }
}

我们可以看出BufferedReader封装了StringReader，BufferedWriter封装了FileWriter。

字符流就说这么多吧，具体的类用的时候再去了解也不迟。

字节流

输入流InputStream

InputStream是以字节流来读取文件的，如果文件是图片或二进制等格式，则不能以字符流来读，需要InputStream来读取。

InputStream的子类关系如下图：

值得注意的是，字节流也可以转换成字节流，利用的是InputStreamReader类，该类封装了InputStream。下面的实例代码通过两种不同的方式来读取文件内容。其中readByStream是通过字节流，而readByReader是字符流。

public class InputStreamTest {
    public static void readByStream(String path) {
        File f = new File(path);
        try {
            InputStream in = new FileInputStream(f);
            int b;
            while ((b=in.read()) != -1) {
                char c = (char)b;
                System.out.printf("%c", c);
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void readByReader(String path) {
        File f = new File(path);
        try {
            InputStream in = new FileInputStream(f);
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(in, "utf-8"));
            String string;
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            while ((string = reader.readLine()) != null) {
                sb.append(string);
            }
            System.out.println(sb.toString());
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        String path = "D:/test.txt";
        readByReader(path);
        readByStream(path);
    }
}

另外，值得注意的是，如果要读取中文，建议使用字符流，因为一个汉字占两个字节，而InputStream每次只会读取一个字节，因此会乱码。而InputStreamReader有一个构造函数可以设置文件编码，如上述代码中的new InputStreamReader(in, "utf-8")指定了文件编码问utf-8，因此可以很好的解决中文乱码问题。

输出流OutputStream

输出流OutputStream的作用类比于Writer，也非常容易理解，即通过字节流来把数据输出到文件、磁盘等设备中。关系如下图。

同InputStream一样，也有一个OutputStreamWriter包装了OutputStream，代码很简单我就不举例了。

RandomAccessFile 随机存取

上面这两大类IO，虽然结构清晰，但是多少还是复杂了点，于是乎，Java封装了一个文件随机存取类————RandomAccessFile。

RandomAccessFile实现了两个接口，DataInput和DataOutput，因此它同时拥有读和写两个功能，方便了我们的使用。使用时需要指定打开文件的模式，可以是“r”只读，“rw”读写等。下面是实例代码：

public class RandomAccessTest {
    public static void main(String[] args) {
        String filePath = "D:" + File.separator + "test.txt";
        File f = new File(filePath);
        try {
            RandomAccessFile write = new RandomAccessFile(f, "rw");
            String str = "abc, hello, randomAccess!";
            //把byte[]中的字节写入文件
            write.write(str.getBytes());
            System.out.println("写入文件完成...");

            RandomAccessFile read = new RandomAccessFile(f, "rw");
            String strRead;
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            while ((strRead = read.readLine()) != null) {
                sb.append(strRead);
            }
            System.out.println("读取文件内容：" + sb.toString());
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}