文本文件与基于二进制文件的存储的学生管理系统

文本文件与基于二进制文件的存储的学生管理系统

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目录

• 文本文件与基于二进制文件的存储的学生管理系统
  • 一、项目介绍
  • 二、包结构
  • 三、核心代码介绍
    • 3.1 代码展示
    • 3.2 代码分析
    • 3.3 对比分析
  • 四、结果展示
  • 五、过程回顾
    • 5.1 问题一：二进制文件的“空”并非空白
    • 5.2 问题二：二进制文件的追加陷阱

一、项目介绍

本项目旨在对学生管理系统进行优化，重点在于实现数据持久化。我们通过支持文本与二进制两种存储格式，为系统提供了灵活且可靠的长

期数据保存方案。

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二、包结构

StudentsManagementSystemProject/
├── src/
│ └── code/
│ ├── Main.java // 程序入口，UI与主业务逻辑
│ ├── Student.java // 学生数据模型
│ ├── StudentManagementSystemInterface.java // 数据操作接口定义
│ ├── File.java // 文件操作工具类
│ ├── StudentManagementSystem1.java // 基于二进制文件的数据管理实现
│ └── StudentManagementSystem.java // 基于文本文件的数据管理实现
├── data.txt // 文本格式数据文件
└── data1.txt // 二进制格式数据文件

三、核心代码介绍

3.1 代码展示

File.java
该类采用了静态工具类模式，将所有文件读写操作封装起来，实现了业务逻辑与文件操作的解耦

点击查看代码

package code;

import java.io.*;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class File {
	public static void appendStudentToTextFile(String filename,String data) {
		try(FileOutputStream fos = new FileOutputStream(filename,true);
				OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(fos, "UTF-8");
				BufferedWriter bw = new BufferedWriter(osw)) {
			          bw.write(data);
        } catch (IOException e) {
        	System.err.println("追加学生到文本文件失败: " + filename);
			e.printStackTrace();
	    }
	}
	public static void writeAllStudentsToTextFile(String filename,List<Student> students) {
		try(FileOutputStream fos = new FileOutputStream(filename);
				OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(fos, "UTF-8");
				BufferedWriter bw = new BufferedWriter(osw)) {
			for(Student s : students) {
			    bw.write(s.StringBuild());
			}
        } catch (IOException e) {
        	System.err.println("写入所有学生到文本文件失败: " + filename);
			e.printStackTrace();
	    }
	}
	public static List<Student> readAllStudentsFromTextFile(String filename) {
		List<Student> students = new ArrayList<>();
		try (FileInputStream fis = new FileInputStream(filename);
	             InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis, "UTF-8");
	             BufferedReader br = new BufferedReader(isr)) {
			String line;
			while ((line = br.readLine()) != null) {
                String[] parts = line.split(",");
                if (parts.length == 6) {
                    Student s = new Student(parts[0], Integer.parseInt(parts[1]), parts[2], parts[3], parts[4], Double.parseDouble(parts[5]));
                    students.add(s);
                }
            }
		} catch (IOException e) {
			System.err.println("从文本文件读取学生失败: " + filename);
			e.printStackTrace();
		}
		return students;
	}
	
	
	public static void writeAllStudentsToBinaryFile(String filename,List<Student> students) {
		 try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream(filename);
	             BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fos);
	             ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos)) {
			    oos.writeObject(students);
		} catch (IOException e) {
			 System.err.println("写入所有学生到二进制文件失败: " + filename);
			e.printStackTrace();
	    }
	}
	
	public static List<Student> readAllStudentsFromBinaryFile(String filename){
		List<Student> students= new ArrayList<>();
		try (FileInputStream fis = new FileInputStream(filename);
	             BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);
	             ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis)) {
			  students = (List<Student>) ois.readObject();
		} catch (EOFException e) {
			//空白
		}catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
			System.err.println("从二进制文件读取学生失败: " + filename);
			e.printStackTrace();
		}
		
		return students;
	}
}

3.2 代码分析

1. 静态工具类模式

2. 装饰器模式在IO流中的应用

• FileOutputStream： 打开一个到文件的连接，并以字节的形式向文件中写入原始数据

• OutputStreamWriter： 是一个字符到字节的桥梁，它装饰了 FileOutputStream，使其具备了处理字符的能力

• BufferedWriter： 修饰了 OutputStreamWriter ，为其增加了缓冲区

3. Java序列化机制

• ObjectOutputStream： 将Java对象序列化，并写入到二进制文件中

• ObjectInputStream： 反序列化的核心，将之前通过 ObjectOutputStream 序列化的字节流还原成原始的Java对象

3.3 对比分析

对比	文本文件	二进制文件
读取方式	人类可读，需要用文本编辑器或按字符编码读取	机器可读，人眼看过去是乱码，必须用专门的程序按二进制格式解析
文件形态	由字符编码（如ASCII, UTF-8）构成，内容是字符序列	由比特流构成，内容是字节序列，形态完全由程序定义
存储效率	较低 ，数字等类型需转为字符串，占用更多空间	非常高，数据按内存格式存储，紧凑无冗余
追加操作	天然支持，每行独立，追加不影响旧数据。	严格禁止。会破坏文件结构，导致读取失败

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四、结果展示

• 文本文件存储 (data.txt)
  数据以CSV格式存储，结构清晰，易于人工查看和编辑。

• 二进制文件存储 (data1.txt)
  数据以二进制形式存储，内容无法直接阅读，但保证了数据的高效与安全。

五、过程回顾

5.1 问题一：二进制文件的“空”并非空白

现象：删除所有数据后，二进制文件大小不为零

分析与反思：

二进制序列化文件并非在无数据时变为空白。ObjectOutputStream 在创建或覆盖文件时，会首先写入一个魔数和版本标识符作为文件头。

这个文件头是反序列化时识别文件格式的依据，因此一个“空”的二进制文件实际上包含了元数据，而非零字节。

5.2 问题二：二进制文件的追加陷阱

现象：模仿文本文件追加数据后，读取时抛出 StreamCorruptedException

分析与反思：

在实现二进制文件存储时，一个常见的误区是模仿文本文件的追加模式。然而，这种做法对于Java序列化文件是致命的。

ObjectOutputStream 在初始化时会向文件写入一个序列化协议头（包含魔数和版本号）。当使用追加模式时，每次写入都会在文件末尾重

复添加这个协议头，从而在数据流中制造了非法的“断点”。这导致 ObjectInputStream 在反序列化时因无法解析预期的对象数据而抛出

StreamCorruptedException，使得整个文件数据无法被正确读取。

解决方案：采用“读-改-写”模式。每次更新数据时，都需将文件全部内容读入内存，修改后，再完整地覆盖写回文件。这确保了文件始终只有一个合法的文件头。