08 - JavaSE之IO流

IO流

JAVA流式输入输出原理：可以想象成一根管道怼到文件上，另一端是我们程序，然后流的输入输出都是按照程序本身作为第一人称说明的。比如 input，对于我们程序来说就是有数据输入我们程序，output就是我们程序输出数据到文件等。对象不能搞错了，否则就南辕北辙了。

• 通过不同的角度对流的输入输出功能进行分类：

1. 按数据流的方向分为：输入流和输出流
2. 按处理数据单位不同分为：字节流和字符流（2个字节）
3. 按功能不同分为：节点流和处理流

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输入流和输出流

• JAVA JDK 所提供的所有流类型位于包 java.io 内部，分别继承自下面四个抽象流类型：

  	字节流         	字符流
  

  输入流 InputStream Reader
  
  输出流 OutputStream Writer

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节点流和处理流

• 节点流为可以从一个特定的数据源（节点）读写数据（如：文件，内存）。

节点流可以简单的理解为：一根管道直接怼到文件上，进行数据的读写。

• 处理流是连接在已存在的节点流或处理流上的，通过读数据进行处理（过滤等）为程序提供更加强大的读写功能。

处理流可以简单的理解为：套在节点流管道的管子，可以对流过节点流的数据进行处理，过滤等操作。

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InputStream 抽象类

• 继承自 InputStream的流都是用于向程序中输入数据，且数据的单位为字节。
• 继承自 InputStream的类有如下等：（加粗为节点流，未加粗为处理流）

FileInputStream

PipedInputStream

FilterInputStream

ByteArrayInputStream

SequenceInputStream

StringBufferInputStream

ObjectInputStream

• InputStream的基本方法

  int read() throws IOException
  
  int read(byte[] buffer) throws IOException
  
  int read(byte[] buffer, int offset, int length) throws IOException
  
  void close() throws IOException

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OutputStream 抽象类

• 继承自 OutputStream的流都是用于从程序中输出数据，且数据的单位为字节。
• 继承自 OutputStream的类有如下等：（加粗为节点流，未加粗为处理流）

FileOutputStream

PipedOutputStream

FilterOutputStream

ByteArrayOutputStream

ObjectOutputStream

• OutputStream 基本方法

  void write(int b) throws IOException
  
  void write(byte[] b) throws IOException
  
  void write(byte[] b, int off, int len) throws IOException
  
  void close() throws IOException
  
  void flush() throws IOException // 在关闭输出流之前使用，将输出缓冲区的数据写到目的地

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Reader

• 继承自 Reader 的流都是用于程序从外部读入数据，且数据的单位是字符（2个字节）。
• 如下为继承自Reader的流。（加粗为节点流，未加粗为处理流）

BufferedReader

CharArrayReader

InputStreamReader

FilterReader

PipedReader

StringReader

• Reader的基本方法 - 略

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Writer

• 继承自 Writer的流都是用于程序向外部写入数据，且数据的单位是字符（2个字节）。
• 如下为继承自Writer的流。（加粗为节点流，未加粗为处理流）

BufferedWriter

CharArrayWriter

OutputStreamWriter

FilterWriter

PipedWriter

StringWriter

• Writer的基本方法 - 略

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节点流类型

类型 字节流 字符流

File（文件） FileInputStream / FileOutputStream FileReader / FileWriter

Memory Array ByteArrayInputStream / ByteArrayOutputStream CharArrayReader / CharArrayWriter

Memory String -- StringReader / StringWriter

Pipe（管道） PipedInputStream / PipedOutputStream PipedReader / PipedWriter

举例1：FileInputStream

import java.io.*;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int b = 0;
        long num = 0;
        FileInputStream ln = null;

        try {
             ln = new FileInputStream("I:/Java/Demo/test.txt");
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.out.println("文件不存在！");
            System.exit(-1);
        }

        try {
            while ((b=ln.read()) != -1) {
                System.out.print((char)b);
                num++;
            }
            ln.close();
            System.out.println();
            System.out.println("共读出：" + num + "个字节。");
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("文件读取失败！");
            System.exit(-1);
        }
    }
}

举例2：FileOutputStream

import java.io.*;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int b = 0;
        FileInputStream in = null;
        FileOutputStream out = null;

        try {
            in = new FileInputStream("I:/Java/Demo/test.txt");
            out = new FileOutputStream("I:/Java/Demo/newtest.txt");

            while((b=in.read()) != -1) {
                out.write(b);
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.out.println("文件不存在！");
            System.exit(-1);

        } catch (IOException e) {
            System.out.println("文件复制失败！");
            System.exit(-2);
        }
        System.out.println("文件复制成功！");
    }
}

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处理流类型

处理类型 字节流 字符流

Buffering BufferedInputStream/BufferedOutputStream BufferedReader/BufferedWriter

Filtering FilterInputStream/FilterOutputStream FilterReader/FilterWriter

Converting between bytes and character -- InputStreamReader/OutputStreamWriter

Object Serialization ObjectInputStream/ObjectOutputStream --

Data conversion DataInputStream/DataOutputStream --

Counting LineNumberInputStream LineNumberReader

Peeking ahead PushbackInputStream PushbackReader

Printing PrintStream PrintWriter

• 缓冲流（以Buffered开头）

1. 缓冲流套接在相应的节点流上，对读写的数据提供了缓冲的功能，提高了读写的效率，同时增加了一些新的方法。

   BufferedReader / BufferedWriter / BufferedInputStream / BufferedOutputStream

2. 缓冲流支持其父类的 mark 和 reset 方法。

3. BufferedReader 提供了 readLine 方法用于读取一行字符串（以\r或者\n分割）

4. BufferedWriter 提供了 newLine 用于写入一个行分隔符。

5. 对于输出的缓冲流，写出的数据会先在内存中缓存，使用 flush 方法将会使内存中的数据立刻写出。

举例1：

import java.io.*;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int b = 0;
        FileInputStream in = null;
        BufferedInputStream bin = null;

        try {
            in = new FileInputStream("I:/Java/Demo/test.txt");
            bin = new BufferedInputStream(in);

            bin.mark(100);

            for(int i=0; (i<=10)&&(b=bin.read()) != -1; i++) {
                System.out.print((char)b);
            }

            bin.reset();
            System.out.println();

            for(int i=0; (i<=10)&&(b=bin.read()) != -1; i++) {
                System.out.print((char)b);
            }

        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.out.println("文件不存在！");
            System.exit(-1);

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

举例2：

import java.io.*;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        String s = null;
        try {
            BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("I:/Java/Demo/test.txt"));
            BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("I:/Java/Demo/test.txt"));

            for(int i=0; i<100; i++) {
                s = Double.toString(Math.random());
                bw.write(s);
                bw.newLine();
            }

            bw.flush();

            while((s=br.readLine()) != null) {
                System.out.println(s);
            }

            bw.close();
            br.close();

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
//0.7365309652822098
//0.577186775602007
//0.11736466966949166
//0.2998096440959087
//0.23859539950503672
//...

• 转换流

1. InputStreamReader 和 OutputStreamWriter 用于字节数据到字符数据之间的转换。
2. InputStreamReader 需要和 InputStream 套接。
3. OutputStreamWriter 需要和 OutputStream 套接。
4. 转换流在构造时可以指定其编码结合，例如： InputStream is = new InputStreamReader(System.in, "ISO8859_1")

举例1：

import java.io.*;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("I:/Java/Demo/test.txt"));
            osw.write("1234567890");
            System.out.println(osw.getEncoding());
            osw.flush();
            osw.close();

            osw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("I:/Java/Demo/test.txt", true), "ISO8859_1");
            osw.write("abcdefghijklmn");
            System.out.println(osw.getEncoding());
            osw.flush();
            osw.close();

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

举例2：

import java.io.*;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            String s = null;
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(System.in);
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);

            while((s = br.readLine()) != null) {
                if(s.equalsIgnoreCase("exit")) {
                    break;
                }
                System.out.println(s);
            }
            br.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

• 数据流

1. DataInputStream 和 DataOutputStream 分别继承自 InputStream 和 OutputStream，它属于处理流，需要分别套接在 InputStream 和 OutputStream 类型的节点流上。
2. DataInputStream 和 DataOutputStream 提供了可以存取与机器无关的 Java 原始类型数据（如：int，double 等）的方法。
3. DataInputStream 和 DataOutputStream 的构造方法为：
   
   DataInputStream (InputStream in)
   
   DataOutputStream (OutputStream out)

数据流的作用？

比如，我们如何存储一个很大的数到文件？我们之前的方法是将其转换成字符串存储，可不可以直接存储呢？数据流可以。它提供了很多方法用于存储基础数据类型的数据，参看 API 文档。

举例1：

import java.io.*;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream(); // 在内存自动生成一个 Byte[] 数组
        DataOutputStream dos = new DataOutputStream(baos);

        try {
            dos.writeDouble(Math.random());
            dos.writeBoolean(true);

            ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray());
            System.out.println(bais.available());

            DataInputStream dis = new DataInputStream(bais);

            System.out.println(dis.readDouble());
            System.out.println(dis.readBoolean());

            dos.close();
            dis.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

问题：我们写一个 double，写一个boolean写到哪里了呢？

其实，在我们 ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream(); 的时候，就在内存中开辟了一块空间，用来将程序要写入的数据写到这片内存中。

还有，在读数据的时候，由于这片内存的分配是按照队列的方式分配的，所以先写进去的数据要先读出来，如果如上面程序那样，先读boolean的话，就会读取到double 8个字节的第一个字节上，切记！

• Print 流（打印流）

1. PrintWriter 和 PrintStream 都属于输出流，分别针对与字符和字节。

2. PrintWriter 和 PrintStream 提供了重载的 print println 方法用于多种数据类型的输出。

3. PrintWriter 和 PrintStream 的输出操作不会抛出异常，用户通过检测错误状态获取错误信息。

4. PrintWriter 和 PrintStream 有自动 flush 功能。

   PrintWriter(PrintWriter out)
   
   PrintWriter(Writer out, boolean autoFlush)
   
   PrintWriter(OutputStream out)
   
   PrintWriter(OutputStream out, boolean autoFlush)
   
   PrintStream(OutputStream out)
   
   PrintStream(OutputStream out, boolean autoFlush)

举例1：

import java.io.*;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        PrintStream ps = null;

        try {
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("I:\\Java\\Demo\\test.txt");

            ps = new PrintStream(fos);

            if(null != ps) {
                System.setOut(ps);
            }

            for(int i=0; i<60000; i++) {
                System.out.print((char)i + " ");

                if(i%50 == 0) {
                    System.out.println();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

将输出打印语句重定向到 test.txt 文件中。

举例2：

import java.io.*;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        String filename = args[0];

        if (filename != null) {
            list(filename, System.out);
        }
    }

    public static void list(String f, PrintStream fs) {
        try {
            String s = null;
            BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(f));

            while ((s = br.readLine()) != null) {
                fs.println(s);
            }
            br.close();

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

将 args[0] 所写的文件名对应的文件打印到终端。

举例3：

import java.io.*;
import java.util.*;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        String s = null;

        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

        try {
            FileWriter fw = new FileWriter("I:/Java/Demo/log.txt", true);
            PrintWriter log = new PrintWriter(fw);

            while((s=br.readLine()) != null) {
                if(s.equalsIgnoreCase("exit")) {
                    break;
                }
                System.out.println(s);
                log.println("------");
                log.println(s);
                log.flush(); // 可以省略

            }
            log.println("--- " + new Date() + " ---");
            log.flush(); // 可以省略
            log.close();

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

将从终端输入的内容作为 log 写到 log.txt 文件里面。

• Object 流

Object 流的作用：当我们存储一个元素的时候，（比如在画图软件上画了一个圆）我们的圆有很多属性，原点位置，半径大小，颜色，粗细等，既然每一个属性都需要存储，而且这些属性都在一个 Object 对象里面，那么我们为什么不直接写整个 Object呢？（这叫序列化。）

注意：当你 new 一个 Object 的时候，不单单只有你的属性，还有一些比如 Object的版本号，this，super 等。

举例：

import java.io.*;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        TmpClass tm = new TmpClass();
        tm.a  =10;
        tm.d = false;

        try {
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("I:/Java/Demo/text.txt");
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);

            oos.writeObject(tm);
            oos.flush();
            oos.close();

            FileInputStream fis = new FileInputStream("I:/Java/Demo/text.txt");
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
            TmpClass t = (TmpClass) ois.readObject();
            System.out.println(t.a + " " + t.b + " " + t.c + " " + t.d);
        } catch (ClassNotFoundException c) {
            System.out.println("读取文件失败");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class TmpClass implements Serializable {
    int a = 1;
    int b = 2;
    double c = 3.0;
    boolean d = true;
}

• Serializable 接口

1. 可以被序列化的，如果想把一个类的对象，写到硬盘或者网络，想把这个对象序列化成一个字节流的话，必须要实现这个接口。
2. 这个接口没有任何方法，是一个空接口，是一个标记性接口，它只是给编译器看的，编译器看到后就知道这个类的对象时可以被序列化的，是可以整个写入文件的。

• tansient关键字

1. 使用方法，修饰成员变量。

   class TmpClass implements Serializable {
       int a = 1;
       int b = 2;
       tansient double c = 3.0;
       boolean d = true;
   }
   

2. transient 表示透明的意思，就是说在一个类的对象序列化的时候不予考虑，就是将这个类的对象写入文件的时候，不写这个被transient 修饰的成员变量，那么我们再读出来的时候就是默认值（如上，c 读出来的时候是 0.0）

• externalizable 接口

1. 可以理解为个性化的 Serializable 接口，externalizable 接口是继承 Serializable 接口得到的，相当于自己控制序列化的过程。（了解就好）

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总结

• 本章复习方法：把所有的名字，关键字写到一张纸上，每天看看想想自己，给朕看半个时辰。—— 康熙