Java IO 笔记

学习Java中的IO,首先要理解Java中IO的流模型。
所谓流,可以假想成河流,流的数据源,就是河流的发源地,流是单向的,流的单向性,就像河流的水流是单向的一样。

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Java中的流可以从两方面的分类

  1. 输入流和输出流
  2. 节点流和处理流

输入流和输出流,就是程序和外部的数据源进行IO操作。这些数据源可以是可以是内存,文件,还可以是网络上的一个URL。

输入流和输出流的定义都是相对程序来说的,也就是输入流是从外部读取数据进入程序,然后由程序处理。输出流是从程序中输出的数据。

节点流和处理流。节点流是直接跟数据源连接的流,而处理流是用来装饰节点流的,是为使节点流有更多的功能。

io流 输入流 输出流
字节流 InputStream OutputStream
字符流 Reader Writer

对于上面的字节流和字符流,他们的区别就在于字节流会以字节的形式来处理数据,而字符流会以字符的形式来处理数据。

对于字节流的输入流,就是 InputStream的抽象类向下延伸。因为数据源可以在在文件中,在内存中。所以,一般的字节输入流有 FileInputStream、ByteArrayInputStream 等方法。因此,对应的,就有字节输出流的 FileOutputStream、ByteArrayOutputStream。

而对于字符流的输入流,就是 Reader的抽象类的向下延伸。
同样的,数据源可以在文件中,在内存中。
因此,一般的字符输入流有 FileReader、CharArrayReader等方法。
输出流也相对应。

上面了解了节点流。下面是处理流。

所谓处理流,就是不直接连接到数据源,而是对连接数据流的节点流进行装饰,使得流能提供更多更好的功能。

常见的处理流有

  • 缓冲流。BufferedReader、BufferedWriter、BufferedInputStream、BufferedOutputStream。
    这种流是就是为增加了缓冲功能,提高的IO效率。

  • 字节流转为字符流。 InputStreamReader,InputStreamWriter,当然,可以在创建此类的时候设置字符编码。

  • 对象序列化流。ObjectInputStream、ObjectOutputStream。

  • 各种类型数据的输入输出。DataInputStream、DataOutputStream。

  • 行流。LineNumberReader;LineNumberInputStream

  • 打印流。PrintWriter;PrintOutputStream。

再次理解一下流的概念

流是一组有顺序的,有起点和终点的字节集合,是对数据传输的总称或抽象。即数据在两设备间的传输称为流,流的本质是数据传输,根据数据传输特性将流抽象为各种类,方便更直观的进行数据操作。

字符流和字节流

字符流的由来: 因为数据编码的不同,而有了对字符进行高效操作的流对象。本质其实就是基于字节流读取时,去查了指定的码表。

字节流和字符流的区别:

  • 读写单位不同:字节流以字节(8bit)为单位,字符流以字符为单位,根据码表映射字符,一次可能读多个字节。
  • 处理对象不同:字节流能处理所有类型的数据(如图片、avi等),而字符流只能处理字符类型的数据。

结论:只要是处理纯文本数据,就优先考虑使用字符流。 除此之外都使用字节流。

输入流和输出流

对输入流只能进行读操作,对输出流只能进行写操作,程序中需要根据待传输数据的不同特性而使用不同的流。

Java IO流对象

  • 输入字节流InputStreamIO 中输入字节流的继承图可见下图,可以看出:
  1. InputStream 是所有的输入字节流的父类,它是一个抽象类。
  2. ByteArrayInputStream、StringBufferInputStream、FileInputStream 是三种基本的介质流,它们分别从Byte 数组、StringBuffer、和本地文件中读取数据。PipedInputStream 是从与其它线程共用的管道中读取数据,与Piped 相关的知识后续单独介绍。
  3. ObjectInputStream 和所有FilterInputStream 的子类都是装饰流(装饰器模式的主角)。
  • 输入字节流InputStreamIO 中输入字节流的继承图可见下图,可以看出:
  1. OutputStream 是所有的输出字节流的父类,它是一个抽象类。
  2. ByteArrayOutputStream、FileOutputStream 是两种基本的介质流,它们分别向Byte 数组、和本地文件中写入数据。PipedOutputStream 是向与其它线程共用的管道中写入数据,
  3. ObjectOutputStream 和所有FilterOutputStream 的子类都是装饰流。
  • 字节流的输入与输出的对应

图中蓝色的为主要的对应部分,红色的部分就是不对应部分。紫色的虚线部分代表这些流一般要搭配使用。从上面的图中可以看出Java IO 中的字节流是极其对称的。“存在及合理”我们看看这些字节流中不太对称的几个类吧!

  1. LineNumberInputStream 主要完成从流中读取数据时,会得到相应的行号,至于什么时候分行、在哪里分行是由改类主动确定的,并不是在原始中有这样一个行号。在输出部分没有对应的部分,我们完全可以自己建立一个LineNumberOutputStream,在最初写入时会有一个基准的行号,以后每次遇到换行时会在下一行添加一个行号,看起来也是可以的。好像更不入流了。
  2. PushbackInputStream 的功能是查看最后一个字节,不满意就放入缓冲区。主要用在编译器的语法、词法分析部分。输出部分的BufferedOutputStream 几乎实现相近的功能。
  3. StringBufferInputStream 已经被Deprecated,本身就不应该出现在InputStream 部分,主要因为String 应该属于字符流的范围。已经被废弃了,当然输出部分也没有必要需要它了!还允许它存在只是为了保持版本的向下兼容而已。
  4. SequenceInputStream 可以认为是一个工具类,将两个或者多个输入流当成一个输入流依次读取。完全可以从IO 包中去除,还完全不影响IO 包的结构,却让其更“纯洁”――纯洁的Decorator 模式。
  5. PrintStream 也可以认为是一个辅助工具。主要可以向其他输出流,或者FileInputStream 写入数据,本身内部实现还是带缓冲的。本质上是对其它流的综合运用的一个工具而已。一样可以踢出IO 包!System.out 和System.out 就是PrintStream 的实例!
  • 字符输入流Reader在上面的继承关系图中可以看出:

    1. Reader 是所有的输入字符流的父类,它是一个抽象类。
    2. CharReader、StringReader 是两种基本的介质流,它们分别将Char 数组、String中读取数据。PipedReader 是从与其它线程共用的管道中读取数据。
    3. BufferedReader 很明显就是一个装饰器,它和其子类负责装饰其它Reader 对象。
    4. FilterReader 是所有自定义具体装饰流的父类,其子类PushbackReader 对Reader 对象进行装饰,会增加一个行号。
    5. InputStreamReader 是一个连接字节流和字符流的桥梁,它将字节流转变为字符流。FileReader 可以说是一个达到此功能、常用的工具类,在其源代码中明显使用了将FileInputStream 转变为Reader 的方法。我们可以从这个类中得到一定的技巧。Reader 中各个类的用途和使用方法基本和InputStream 中的类使用一致。后面会有Reader 与InputStream 的对应关系。
  • 字符输出流Writer在上面的关系图中可以看出:

    1. Writer 是所有的输出字符流的父类,它是一个抽象类。
    2. CharArrayWriter、StringWriter 是两种基本的介质流,它们分别向Char 数组、String 中写入数据。PipedWriter 是向与其它线程共用的管道中写入数据,
    3. BufferedWriter 是一个装饰器为Writer 提供缓冲功能。
    4. PrintWriter 和PrintStream 极其类似,功能和使用也非常相似。
    5. OutputStreamWriter 是OutputStream 到Writer 转换的桥梁,它的子类FileWriter 其实就是一个实现此功能的具体类(具体可以研究一SourceCode)。功能和使用和OutputStream 极其类似,后面会有它们的对应图。
  • 字符流的输入与输出的对应

  • 字符流与字节流转换转换流的特点:
  1. 其是字符流和字节流之间的桥梁
  2. 可对读取到的字节数据经过指定编码转换成字符
  3. 可对读取到的字符数据经过指定编码转换成字节

何时使用转换流?

  1. 当字节和字符之间有转换动作时;
  2. 流操作的数据需要编码或解码时。

具体的对象体现:

  1. InputStreamReader:字节到字符的桥梁
  2. OutputStreamWriter:字符到字节的桥梁

这两个流对象是字符体系中的成员,它们有转换作用,本身又是字符流,所以在构造的时候需要传入字节流对象进来。

  • File类File类是对文件系统中文件以及文件夹进行封装的对象,可以通过对象的思想来操作文件和文件夹。 File类保存文件或目录的各种元数据信息,包括文件名、文件长度、最后修改时间、是否可读、获取当前文件的路径名,判断指定文件是否存在、获得当前目录中的文件列表,创建、删除文件和目录等方法。

  • RandomAccessFile类该对象并不是流体系中的一员,其封装了字节流,同时还封装了一个缓冲区(字符数组),通过内部的指针来操作字符数组中的数据。 该对象特点:

  1. 该对象只能操作文件,所以构造函数接收两种类型的参数:a.字符串文件路径;b.File对象。
  2. 该对象既可以对文件进行读操作,也能进行写操作,在进行对象实例化时可指定操作模式(r,rw)

注意:该对象在实例化时,如果要操作的文件不存在,会自动创建;如果文件存在,写数据未指定位置,会从头开始写,即覆盖原有的内容。 可以用于多线程下载或多个线程同时写数据到文件。

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