Java 基础之详解 Java IO

Java IO 基本概念

Java IO:即 Java 输入 / 输出系统。

区分 Java 的输入和输出:把自己当成程序, 当你从外边读数据到自己这里就用输入(InputStream/Reader), 向外边写数据就用输出(OutputStream/Writer)。

Stream:Java 中将数据的输入输出抽象为流,流是一组有顺序的,单向的,有起点和终点的数据集合,就像水流。按照流中的最小数据单元又分为字节流和字符流。

1,字节流:以 8 位(即 1 byte,8 bit)作为一个数据单元,数据流中最小的数据单元是字节。

2,字符流:以 16 位(即 1 char,2 byte,16 bit)作为一个数据单元,数据流中最小的数据单元是字符, Java 中的字符是 Unicode 编码,一个字符占用两个字节。

IO 的分类

 

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流式部分和非流式部分

Java 的 IO 主要包含两个部分:

1.流式部分:是 IO 的主体部分,也是本文介绍的重点, 流式部分根据流向分为输入流(InputStream/Reader)和输出流(OutputStream/Writer), 根据数据不同的操作单元,分为字节流(InputStream/OutputStream)和字符流(Reader/Writer),依据字节流和字符流,Java 定义了用来操作数据的抽象基类InputStream/OutputStream 和 Reader/Writer,再根据不同应用场景(或功能),在这两种抽象基类上基于数据载体或功能派上出很多子类,用来满足文件,网络,管道等不同场景的 IO 需求,从而形成了 Java 的基本 IO 体系。

下面是 Java IO 体系中常用的流类:

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

节点流和处理流

Java io 分类方式有很多,根据是否直接处理数据,Java io又分为节点流和处理流,节点流是真正直接处理数据的;处理流是装饰加工节点流的。

节点流

  • 文件流:FileInputStream,FileOutputStrean,FileReader,FileWriter,它们都会直接操作文件,直接与 OS 底层交互。因此他们被称为节点流 ,注意:使用这几个流的对象之后,需要关闭流对象,因为 java 垃圾回收器不会主动回收。不过在 Java7 之后,可以在 try() 括号中打开流,最后程序会自动关闭流对象,不再需要显示地 close。
  • 数组流:ByteArrayInputStream,ByteArrayOutputStream,CharArrayReader,CharArrayWriter,对数组进行处理的节点流。
  • 字符串流:StringReader,StringWriter,其中 StringReader 能从 String 中读取数据并保存到 char 数组。
  • 管道流:PipedInputStream,PipedOutputStream,PipedReader,PipedWrite,对管道进行处理的节点流。

处理流

处理流是对一个已存在的流的连接和封装,通过所封装的流的功能调用实现数据读写。如 BufferedReader。

处理流的构造方法总是要带一个其他的流对象做参数。

常用处理流(通过关闭处理流里面的节点流来关闭处理流)

  • 缓冲流 :BufferedImputStrean,BufferedOutputStream,BufferedReader ,BufferedWriter,需要父类作为参数构造,增加缓冲功能,避免频繁读写硬盘,可以初始化缓冲数据的大小,由于带了缓冲功能,所以就写数据的时候需要使用 flush 方法,另外,BufferedReader 提供一个 readLine( ) 方法可以读取一行,而 FileInputStream 和 FileReader 只能读取一个字节或者一个字符,因此 BufferedReader 也被称为行读取器。
  • 转换流:InputStreamReader,OutputStreamWriter,要 inputStream 或 OutputStream 作为参数,实现从字节流到字符流的转换,我们经常在读取键盘输入(System.in)或网络通信的时候,需要使用这两个类。
  • 数据流:DataInputStream,DataOutputStream,提供将基础数据类型写入到文件中,或者读取出来。

字节流

字节输入流

下面是 IO 中输入字节流的继承关系。

InputStream

  • ByteArrayInputStream
  • FileInputStream
  • FilterInputStream
  • PushbackInputStream
  • DataInputStream
  • BufferedInputStream
  • LineNumberInputStream
  • ObjectInputStream
  • PipedInputStream
  • SequenceInputStream
  • StringBufferInputStream

总结:

  1. InputStream 是所有的输入字节流的父类,它是一个抽象类。
  2. PushbackInputStream、DataInputStream 和 BufferedInput Stream都是处理流,他们的的父类是 FilterInputStream。
  3. 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。

InputStream 中的三个基本的读方法

  • abstract int read() :读取一个字节数据,并返回读到的数据,如果返回 -1,表示读到了输入流的末尾。
  • int read(byte[] b) :将数据读入一个字节数组,同时返回实际读取的字节数。如果返回-1,表示读到了输入流的末尾。
  • int read(byte[] b, int off, int len) :将数据读入一个字节数组,同时返回实际读取的字节数。如果返回 -1,表示读到了输入流的末尾。off 指定在数组 b 中存放数据的起始偏移位置;len 指定读取的最大字节数。

字节输出流

下面是 IO 中输出字节流的继承关系。

OutputStream

  • ByteArrayOutputStream
  • FileOutputStream
  • FilterOutputStream
  • BufferedOutputStream
  • DataOutputStream
  • PrintStream
  • ObjectOutputStream
  • PipedOutputStream

总结:

  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。
  3. PipedOutputStream 是向与其它线程共用的管道中写入数据。
  4. BufferedOutputStream、DataOutputStream 和 PrintStream 都是处理流,他们的的父类是 FilterOutputStream。

outputStream中的三个基本的写方法

  • abstract void write(int b):往输出流中写入一个字节。
  • void write(byte[] b) :往输出流中写入数组b中的所有字节。
  • void write(byte[] b, int?off, int?len) :往输出流中写入数组 b 中从偏移量 off 开始的 len 个字节的数据。

其它重要方法:

  • void flush() :刷新输出流,强制缓冲区中的输出字节被写出。
  • void close() :关闭输出流,释放和这个流相关的系统资源。

字节流的输入与输出的对应

java io 的输入和输出是高度对应的,下图表示字节流的输入与输出的对应关系。

上图中蓝色的为主要的对应部分,红色的部分是不对应部分。紫色的虚线部分代表这些流一般要搭配使用。

我们主要看看这些字节流中不对称的几个类:

  1. PushbackInputStream 为另一个输入流添加性能,即 “ 推回(push back)” 或 “ 取消读取(unread)” 一个字节的能力。
  2. 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。
  3. 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。一样可以从 IO 包中去除!System.io 和 System.out 就是 PrintStream 的实例!
  4. StringBufferInputStream 和 StringBufferInputStream 已经过时,还允许它存在只是为了保持版本的向下兼容而已。

搭配使用的三对类: ObjectInputStream / ObjectOutputStream 和 DataInputStream / DataOutputStream 主要是要求写对象/数据和读对象 / 数据的次序要保持一致,否则可能不能得到正确的数据,甚至抛出异常(一般会如此);PipedInputStream / PipedOutputStream 在创建时一般就一起创建,调用它们的读写方法时会检查对方是否存在,或者关闭!

字符流

字符输入流 Reader

下面是 IO 中输入字符流的继承关系。

Reader

  • BufferedReader
  • LineNumberReader
  • CharArrayReader
  • FilterReader
  • PushbackReader
  • InputStreamReader
  • FileReader
  • PipedReader
  • StringReader

总结:

  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。

Reader 基本的三个读方法(和字节流对应):

(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。

字符输出流 Writer

下面是 IO 中输出字符流的继承关系。

Writer

  • BufferedWriter
  • CharArrayWriter
  • FilterWriter
  • OutputStreamWriter
  • FileWriter
  • PipedWriter
  • PrintWriter
  • StringWriter

总结(和字节输出流对应):

  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。

writer 的主要写方法:

  1. public void write(int c) throws IOException; //写单个字符
  2. public void write(char cbuf[]) throws IOException; //将字符数组 cbuf[] 写到输出流 。
  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 。

字符流的输入与输出的对应

可参照(字节流的输入与输出的对应)记忆

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Java IO 常见用法

1、读取键盘输入,打印到控制台 在刷题网站刷算法题的时候,在程序开头都需要和键盘进行交互,常常用到行夺取器 BufferedReader 和转换流 InputStreamReader。

public static void keyInAndPrintConsole() throws IOException {
PrintWriter out = null;
BufferedReader br = null;
try{
System.out.println("请输入:");
out = new PrintWriter(System.out, true);
br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
String line = null;
while ((line = br.readLine()) != null) {
if (line.equals("exit")) {
System.exit(1);
}
out.println(line);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}finally{
out.close();
br.close();
}
}

运行结果:

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2 、用字节流读写文件

因为是用字节流来读媒介,所以对应的流是 InputStream 和 OutputStream,并且媒介对象是文件,所以用到子类是 FileInputStream 和 FileOutputStream,这里还可以通过 BufferedInputStream 用缓冲流来读取文件。

 public static void readAndWriteByteToFile() throws IOException {
InputStream is =null;
OutputStream os = null;
try {
// 在try()中打开文件会在结尾自动关闭
is = new FileInputStream("D:/FileInputStreamTest.txt");
os = new FileOutputStream("D:/FileOutputStreamTest.txt");
byte[] buf = new byte[4];
int hasRead = 0;
while ((hasRead = is.read(buf)) > 0) {
os.write(buf, 0, hasRead);
}
System.out.println("write success");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}finally{
os.close();
is.close();
}
}

运行结果:

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3、用字符流进行读写操作

(1)FileReader 和 FileWriter

 // 在try() 中打开的文件, JVM会自动关闭
public static void readAndWriteCharToFile() throws IOException{
Reader reader = null;
Writer writer =null;
try {
File readFile = new File("d:/FileInputStreamTest.txt");
reader = new FileReader(readFile);
File writeFile = new File("d:/FileOutputStreamTest.txt");
writer = new FileWriter(writeFile);
char[] byteArray = new char[(int) readFile.length()];
int size = reader.read(byteArray);
System.out.println("大小:" + size + "个字符;内容:" + new String(byteArray));
writer.write(byteArray);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}finally{
reader.close();
writer.close();
}
}

运行结果:

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(2)StringReader 和 StringWriter

public static void stringNode() throws IOException {
StringReader sr =null;
StringWriter sw =null;
try {
String str = "学习不刻苦 " + "不如卖红薯; ";
char[] buf = new char[32];
int hasRead = 0;
// StringReader将以String字符串为节点读取数据
sr = new StringReader(str);
while ((hasRead = sr.read(buf)) > 0) {
System.out.print(new String(buf, 0, hasRead));
}
// 由于String是一个不可变类,因此创建StringWriter时,实际上是以一个StringBuffer作为输出节点
sw = new StringWriter();
sw.write("黑夜给了我黑色的眼睛 ");
sw.write("我却用它寻找光明 ");
// toString()返回sw节点内的数据
System.out.println(sw.toString());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}finally{
sw.close();
sr.close();
}
}

运行结果:

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4、字节流转换为字符流

在例 3 中用字符流读文件时,打印到控制台的中文会乱码,使用转换流可以解决这一问题。

public static void convertByteToChar() throws IOException {
InputStream is =null;
Reader reader = null;
try {
File file = new File("d:/FileInputStreamTest.txt");
is = new FileInputStream(file);
reader = new InputStreamReader(is,"gbk");
char[] byteArray = new char[(int) file.length()];
int size = reader.read(byteArray);
System.out.println("大小:" + size + ";内容:" + new String(byteArray));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}finally{
reader.close();
is.close();
}
}

运行结果:

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5、随机读写文件 使用 RandomAccessFile 可以实现对文件的随机读取,主要是通过 seek() 方法实现指针偏移。

public static void randomAccessFileReadAndWrite() throws IOException {
RandomAccessFile randomAccessFile =null;
try {
// 创建一个RandomAccessFile对象
randomAccessFile = new RandomAccessFile("d:/File.txt", "rw");
// 通过seek方法来移动指针
randomAccessFile.seek(10);
// 获取当前指针
long pointerBegin = randomAccessFile.getFilePointer();
// 从当前指针开始读
byte[] contents = new byte[10];
randomAccessFile.read(contents);
long pointerEnd = randomAccessFile.getFilePointer();
System.out.println("pointerBegin:" + pointerBegin + " " + "pointerEnd:" + pointerEnd + " " + new String(contents));
randomAccessFile.seek(20);
// 获取当前指针
long begin = randomAccessFile.getFilePointer();
randomAccessFile.write(contents);
long end = randomAccessFile.getFilePointer();
System.out.println("begin:" + begin + " " + "end:" + end + " ");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}finally{
randomAccessFile.close();
}
}

运行结果:

操作前文件内容如下图:

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操作后控制台打印信息:

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操作后的文件内容:

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6、读写管道

管道流要成对使用

public static void piped() throws IOException {
final PipedOutputStream output = new PipedOutputStream();
final PipedInputStream input = new PipedInputStream(output);
Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
output.write("Hello world, pipe!".getBytes());
} catch (IOException e) {
}
}
});
Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
int data = input.read();
while (data != -1) {
System.out.print((char) data);
data = input.read();
}
} catch (IOException e) {
} finally {
try {
input.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
});
thread1.start();
thread2.start();
}

运行结果:

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7、将多个输入流当成一个输入流依次读取

public static void sequeue() throws IOException {
FileInputStream fistream1 =null;
FileInputStream fistream2 =null;
SequenceInputStream sistream =null;
FileOutputStream fostream =null;
try {
fistream1 = new FileInputStream("d:/A.txt");
fistream2 = new FileInputStream("d:/B.txt");
sistream = new SequenceInputStream(fistream1, fistream2);
fostream = new FileOutputStream("d:/C.txt");
int temp;
while( ( temp = sistream.read() ) != -1) {
System.out.print( (char) temp );
fostream.write(temp);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}finally{
fostream.close();
sistream.close();
fistream1.close();
fistream2.close();
}
}

运行结果:

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8、推回输入流使用实例

public static void pushback() throws FileNotFoundException, IOException {
try (PushbackReader pr = new PushbackReader(new FileReader("D:/A.txt"), 64)) {
char[] buf = new char[32];
String lastContent = "";
int hasRead = 0;
while ((hasRead = pr.read(buf)) > 0) {
String content = new String(buf, 0, hasRead);
int targetIndex = 0;
if ((targetIndex = (lastContent + content).indexOf("A")) > 0) {
System.out.println(targetIndex);
pr.unread((lastContent + content).toCharArray());
if (targetIndex > 32) {
buf = new char[targetIndex];
}
pr.read(buf, 0, targetIndex);
System.out.println(new String(buf, 0, targetIndex));
System.out.println(new String(buf, targetIndex, buf.length-targetIndex));
System.exit(0);
} else {
System.out.println(lastContent);
lastContent = content;
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}

运行结果:

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Java IO 常见面试题

1、字节流和字符流的区别?

(1)读写单位不同:字节流以字节(8 bit)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。

(2)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。

(3)字节流没有缓冲区,是直接输出的,而字符流是输出到缓冲区的。因此在输出时,字节流不调用 colse() 方法时,信息已经输出了,而字符流只有在调用 close() 方法关闭缓冲区时,信息才输出。要想字符流在未关闭时输出信息,则需要手动调用 flush() 方法。

2、什么是节点流,什么是处理流,它们各有什么用处,处理流的创建有什么特征?

见上文:节点流和处理流;

注意:处理流的构造器必须要 传入节点流的子类

3、什么叫对象序列化,什么是反序列化,实现对象序列化需要做哪些工作?

  • 对象序列化:将对象以二进制的形式保存在硬盘上;
  • 反序列化:将二进制的文件转化为对象读取;
  • 实现 serializable 接口可以实现对象序列化,其中没有需要实现的方法,implements Serializable 只是为了标注该对象是可被序列化的。

例如,在 web 开发中,如果对象被保存在了 Session 中,tomcat 在重启时要把 Session 对象序列化到硬盘,这个对象就必须实现 Serializable 接口。如果对象要经过分布式系统进行网络传输,被传输的对象就必须实现 Serializable 接口。

4、什么是 Filter 流有哪些?

FilterStream 是一种 IO 流,主要作用是用来对存在的流增加一些额外的功能,像给目标文件增加源文件中不存在的行数,或者增加拷贝的性能等。在 java.io 包中主要由 4 个可用的 filter Stream。两个字节 filter stream,两个字符 filter stream.

分别是:FilterInputStream,FilterOutputStream,FilterReader and FilterWriter. 这些类是抽象类,不能被实例化的。

FilterInputStream 流的子类:

  • DataInputStream 可以把包括基本类型在内的数据和字符串按顺序从数据源读入,它有一些特殊的方法如 readInt(),readDouble() 和 readLine() 等可以读取一个 int,double 和一个 string。
  • BufferedInputStream 增加性能。
  • PushbackInputStream 推送要求的字节到系统中。
  • 注:其它子类见 Java io 分类图。

6、说说 RandomAccessFile?

它在 java.io 包中是一个特殊的类,既不是输入流也不是输出流,它两者都可以做到。他是 Object 的直接子类。通常来说,一个流只有一个功能,要么读,要么写。但是 RandomAccessFile 既可以读文件,也可以写文件。

而且 RandomAccessFile 支持对文件的随机访问,实例可见上文:例 5,随机读写文件。

总结

很多初学者刚刚学习 java 的 IO 时会比较茫然,确实 IO 类很多,不容易记忆,不过我们可以尝试对其进行总结记忆,把流式部分概括为:两对应一桥梁一随机。

两个对应指:

  1. 字节流(Byte Stream)和字符流(Char Stream)的对应;
  2. 输入和输出的对应。
  3. 一个桥梁指:从字节流到字符流的桥梁。对应于输入和输出为InputStreamReader和OutputStreamWriter;
  4. 一个随机是:RandomAccessFile。可以随机读取文件。

总结记忆会使 Java io 清晰好记许多,大家也可以尝试按照自己的方式进行总结,印象会更加深

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posted on 2019-04-30 14:08  cq指尖代码  阅读(17250)  评论(0编辑  收藏

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