java基礎(chǔ)之IO流
今天是java300集最后的更新啦！大家學(xué)的如何啦？
最后的講解是io流，來(lái)和大家分享知識(shí)啦(??????)??
java300集
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1.Java Io流的概念，分類(lèi)，類(lèi)圖
1.1 Java Io流的概念
? ? java的io是實(shí)現(xiàn)輸入和輸出的基礎(chǔ)，可以方便的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出操作。在java中把不同的輸入/輸出源（鍵盤(pán)，文件，網(wǎng)絡(luò)連接等）抽象表述為“流”(stream)。通過(guò)流的形式允許java程序使用相同的方式來(lái)訪問(wèn)不同的輸入/輸出源。stram是從起源（source）到接收的（sink）的有序數(shù)據(jù)。
注：java把所有的傳統(tǒng)的流類(lèi)型都放到在java io包下，用于實(shí)現(xiàn)輸入和輸出功能。
1.2 Io流的分類(lèi)：
按照不同的分類(lèi)方式，可以把流分為不同的類(lèi)型。常用的分類(lèi)有三種：
1.2.1 按照流的流向分，可以分為輸入流和輸出流。
輸入流： 只能從中讀取數(shù)據(jù)，而不能向其寫(xiě)入數(shù)據(jù)。
輸出流：只能向其寫(xiě)入數(shù)據(jù)，而不能向其讀取數(shù)據(jù)。
? ? 此處的輸入,輸出涉及一個(gè)方向的問(wèn)題，對(duì)于如圖15.1所示的數(shù)據(jù)流向，數(shù)據(jù)從內(nèi)存到硬盤(pán)，通常稱(chēng)為輸出流——也就是說(shuō)，這里的輸入，輸出都是從程序運(yùn)行所在的內(nèi)存的角度來(lái)劃分的。
注：如果從硬盤(pán)的角度來(lái)考慮，圖15.1所示的數(shù)據(jù)流應(yīng)該是輸入流才對(duì)；但劃分輸入/輸出流時(shí)是從程序運(yùn)行所在的內(nèi)存的角度來(lái)考慮的，因此如圖15.1所在的流時(shí)輸出流。而不是輸入流。
? ? 對(duì)于如圖15.2所示的數(shù)據(jù)流向，數(shù)據(jù)從服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)流向客戶(hù)端，在這種情況下,Server端的內(nèi)存負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)輸出到網(wǎng)絡(luò)里，因此Server端的程序使用輸出流；Client端的內(nèi)存負(fù)責(zé)從網(wǎng)絡(luò)中讀取數(shù)據(jù)，因此Client端的程序應(yīng)該使用輸入流。
注：java的輸入流主要是InputStream和Reader作為基類(lèi)，而輸出流則是主要由outputStream和Writer作為基類(lèi)。它們都是一些抽象基類(lèi)，無(wú)法直接創(chuàng)建實(shí)例。
1.2.2 按照操作單元?jiǎng)澐?，可以劃分為字?jié)流和字符流。
? ? 字節(jié)流和字符流的用法幾乎完成全一樣，區(qū)別在于字節(jié)流和字符流所操作的數(shù)據(jù)單元不同，字節(jié)流操作的單元是數(shù)據(jù)單元是8位的字節(jié)，字符流操作的是數(shù)據(jù)單元為16位的字符。
字節(jié)流主要是由InputStream和outPutStream作為基類(lèi)，而字符流則主要有Reader和Writer作為基類(lèi)。
1.2.3 按照流的角色劃分為節(jié)點(diǎn)流和處理流。
? ? 可以從/向一個(gè)特定的IO設(shè)備（如磁盤(pán)，網(wǎng)絡(luò)）讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)的流，稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)流。節(jié)點(diǎn)流也被稱(chēng)為低級(jí)流。圖15.3顯示了節(jié)點(diǎn)流的示意圖。
? ? 從圖15.3中可以看出，當(dāng)使用節(jié)點(diǎn)流進(jìn)行輸入和輸出時(shí)，程序直接連接到實(shí)際的數(shù)據(jù)源，和實(shí)際的輸入/輸出節(jié)點(diǎn)連接。
處理流則用于對(duì)一個(gè)已存在的流進(jìn)行連接和封裝，通過(guò)封裝后的流來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀/寫(xiě)功能。處理流也被稱(chēng)為高級(jí)流。圖15.4顯示了處理流的示意圖。
? ? ? ?從圖15.4可以看出，當(dāng)使用處理流進(jìn)行輸入/輸出時(shí)，程序并不會(huì)直接連接到實(shí)際的數(shù)據(jù)源，沒(méi)有和實(shí)際的輸入和輸出節(jié)點(diǎn)連接。使用處理流的一個(gè)明顯的好處是，只要使用相同的處理流，程序就可以采用完全相同的輸入/輸出代碼來(lái)訪問(wèn)不同的數(shù)據(jù)源，隨著處理流所包裝的節(jié)點(diǎn)流的變化，程序?qū)嶋H所訪問(wèn)的數(shù)據(jù)源也相應(yīng)的發(fā)生變化。
1.3 流的原理淺析和常用的流的分類(lèi)表：
1.3.1 流的原理淺析:
? ? java Io流共涉及40多個(gè)類(lèi)，這些類(lèi)看上去很雜亂，但實(shí)際上很有規(guī)則，而且彼此之間存在非常緊密的聯(lián)系， Java Io流的40多個(gè)類(lèi)都是從如下4個(gè)抽象類(lèi)基類(lèi)中派生出來(lái)的。
InputStream/Reader: 所有的輸入流的基類(lèi)，前者是字節(jié)輸入流，后者是字符輸入流。
OutputStream/Writer: 所有輸出流的基類(lèi)，前者是字節(jié)輸出流，后者是字符輸出流。
? ?對(duì)于InputStream和Reader而言，它們把輸入設(shè)備抽象成為一個(gè)”水管“，這個(gè)水管的每個(gè)“水滴”依次排列，如圖15.5所示：
? ? 從圖15.5可以看出，字節(jié)流和字符流的處理方式其實(shí)很相似，只是它們處理的輸入/輸出單位不同而已。輸入流使用隱式的記錄指針來(lái)表示當(dāng)前正準(zhǔn)備從哪個(gè)“水滴”開(kāi)始讀取，每當(dāng)程序從InputStream或者Reader里面取出一個(gè)或者多個(gè)“水滴”后，記錄指針自定向后移動(dòng)；除此之外，InputStream和Reader里面都提供了一些方法來(lái)控制記錄指針的移動(dòng)。
? ?對(duì)于OutputStream和Writer而言，它們同樣把輸出設(shè)備抽象成一個(gè)”水管“，只是這個(gè)水管里面沒(méi)有任何水滴，如圖15.6所示：
? ?正如圖15.6所示，當(dāng)執(zhí)行輸出時(shí)，程序相當(dāng)于依次把“水滴”放入到輸出流的水管中，輸出流同樣采用隱示指針來(lái)標(biāo)識(shí)當(dāng)前水滴即將放入的位置，每當(dāng)程序向OutputStream或者Writer里面輸出一個(gè)或者多個(gè)水滴后，記錄指針自動(dòng)向后移動(dòng)。
? ?圖15.5和圖15.6顯示了java Io的基本概念模型，除此之外，Java的處理流模型則體現(xiàn)了Java輸入和輸出流設(shè)計(jì)的靈活性。處理流的功能主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。
性能的提高：主要以增加緩沖的方式來(lái)提供輸入和輸出的效率。
操作的便捷：處理流可能提供了一系列便捷的方法來(lái)一次輸入和輸出大批量的內(nèi)容，而不是輸入/輸出一個(gè)或者多個(gè)“水滴”。
? ??處理流可以“嫁接”在任何已存在的流的基礎(chǔ)之上，這就允許Java應(yīng)用程序采用相同的代碼，透明的方式來(lái)訪問(wèn)不同的輸入和輸出設(shè)備的數(shù)據(jù)流。圖15.7顯示了處理流的模型。
1.3.2 java輸入/輸出流體系中常用的流的分類(lèi)表
注：表中粗體字所標(biāo)出的類(lèi)代表節(jié)點(diǎn)流，必須直接與指定的物理節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)：斜體字標(biāo)出的類(lèi)代表抽象基類(lèi)，無(wú)法直接創(chuàng)建實(shí)例。
2.常用的io流的用法
下面是整理的常用的Io流的特性及使用方法，只有清楚每個(gè)Io流的特性和方法。才能在不同的需求面前正確的選擇對(duì)應(yīng)的IO流進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
2.1 Io體系的基類(lèi)（InputStream/Reader，OutputStream/Writer）。
字節(jié)流和字符流的操作方式基本一致，只是操作的數(shù)據(jù)單元不同——字節(jié)流的操作單元是字節(jié)，字符流的操作單元是字符。所以字節(jié)流和字符流就整理在一起了。
InputStream和Reader是所有輸入流的抽象基類(lèi)，本身并不能創(chuàng)建實(shí)例來(lái)執(zhí)行輸入，但它們將成為所有輸入流的模板，所以它們的方法是所有輸入流都可使用的方法。
在InputStream里面包含如下3個(gè)方法。
int read(); 從輸入流中讀取單個(gè)字節(jié)（相當(dāng)于從圖15.5所示的水管中取出一滴水），返回所讀取的字節(jié)數(shù)據(jù)（字節(jié)數(shù)據(jù)可直接轉(zhuǎn)換為int類(lèi)型）。
int read(byte[] b)從輸入流中最多讀取b.length個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，并將其存儲(chǔ)在字節(jié)數(shù)組b中，返回實(shí)際讀取的字節(jié)數(shù)。
int read(byte[] b,int off,int len); 從輸入流中最多讀取len個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，并將其存儲(chǔ)在數(shù)組b中，放入數(shù)組b中時(shí)，并不是從數(shù)組起點(diǎn)開(kāi)始，而是從off位置開(kāi)始，返回實(shí)際讀取的字節(jié)數(shù)。
在Reader中包含如下3個(gè)方法。
int read(); 從輸入流中讀取單個(gè)字符（相當(dāng)于從圖15.5所示的水管中取出一滴水），返回所讀取的字符數(shù)據(jù)（字節(jié)數(shù)據(jù)可直接轉(zhuǎn)換為int類(lèi)型）。
int read(char[] b)從輸入流中最多讀取b.length個(gè)字符的數(shù)據(jù)，并將其存儲(chǔ)在字節(jié)數(shù)組b中，返回實(shí)際讀取的字符數(shù)。
int read(char[] b,int off,int len); 從輸入流中最多讀取len個(gè)字符的數(shù)據(jù)，并將其存儲(chǔ)在數(shù)組b中，放入數(shù)組b中時(shí)，并不是從數(shù)組起點(diǎn)開(kāi)始，而是從off位置開(kāi)始，返回實(shí)際讀取的字符數(shù)。
對(duì)比InputStream和Reader所提供的方法，就不難發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)基類(lèi)的功能基本是一樣的。InputStream和Reader都是將輸入數(shù)據(jù)抽象成如圖15.5所示的水管，所以程序即可以通過(guò)read()方法每次讀取一個(gè)”水滴“，也可以通過(guò)read（char[] chuf）或者read（byte[] b）方法來(lái)讀取多個(gè)“水滴”。當(dāng)使用數(shù)組作為read（）方法中的參數(shù), 我們可以理解為使用一個(gè)“竹筒”到如圖15.5所示的水管中取水，如圖15.8所示read(char[] cbuf)方法的參數(shù)可以理解成一個(gè)”竹筒“，程序每次調(diào)用輸入流read(char[] cbuf)或read（byte[] b）方法，就相當(dāng)于用“竹筒”從輸入流中取出一筒“水滴”，程序得到“竹筒”里面的”水滴“后，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)即可；程序多次重復(fù)這個(gè)“取水”過(guò)程，直到最后。程序如何判斷取水取到了最后呢？直到read（char[] chuf）或者read（byte[] b）方法返回-1，即表明到了輸入流的結(jié)束點(diǎn)。
InputStream和Reader提供的一些移動(dòng)指針的方法：
void mark(int readAheadLimit); 在記錄指針當(dāng)前位置記錄一個(gè)標(biāo)記（mark）。
boolean markSupported(); 判斷此輸入流是否支持mark()操作，即是否支持記錄標(biāo)記。
void reset(); 將此流的記錄指針重新定位到上一次記錄標(biāo)記（mark）的位置。
long skip(long n); 記錄指針向前移動(dòng)n個(gè)字節(jié)/字符。
OutputStream和Writer：
OutputStream和Writer的用法也非常相似，它們采用如圖15.6所示的模型來(lái)執(zhí)行輸入，兩個(gè)流都提供了如下三個(gè)方法：
void write(int c); 將指定的字節(jié)/字符輸出到輸出流中，其中c即可以代表字節(jié)，也可以代表字符。
void write(byte[]/char[] buf); 將字節(jié)數(shù)組/字符數(shù)組中的數(shù)據(jù)輸出到指定輸出流中。
void write(byte[]/char[] buf, int off,int len ); 將字節(jié)數(shù)組/字符數(shù)組中從off位置開(kāi)始，長(zhǎng)度為len的字節(jié)/字符輸出到輸出流中。
因?yàn)樽址髦苯右宰址鳛椴僮鲉挝?，所以Writer可以用字符串來(lái)代替字符數(shù)組，即以String對(duì)象作為參數(shù)。Writer里面還包含如下兩個(gè)方法。
void write(String str); 將str字符串里包含的字符輸出到指定輸出流中。
void write (String str, int off, int len); 將str字符串里面從off位置開(kāi)始，長(zhǎng)度為len的字符輸出到指定輸出流中。
2.2 Io體系的基類(lèi)文件流的使用
(FileInputStream/FileReader ，F(xiàn)ileOutputStream/FileWriter)
? ?前面說(shuō)過(guò)InputStream和Reader都是抽象類(lèi)，本身不能創(chuàng)建實(shí)例，但它們分別有一個(gè)用于讀取文件的輸入流：FileInputStream和FileReader，它們都是節(jié)點(diǎn)流——會(huì)直接和指定文件關(guān)聯(lián)。下面程序示范使用FileInputStream和FileReader。
使用FileInputStream讀取文件：
注：上面程序最后使用了fis.close()來(lái)關(guān)閉該文件的輸入流，與JDBC編程一樣，程序里面打開(kāi)的文件IO資源不屬于內(nèi)存的資源，垃圾回收機(jī)制無(wú)法回收該資源，所以應(yīng)該顯示的關(guān)閉打開(kāi)的IO資源。Java 7改寫(xiě)了所有的IO資源類(lèi)，它們都實(shí)現(xiàn)了AntoCloseable接口，因此都可以通過(guò)自動(dòng)關(guān)閉資源的try語(yǔ)句來(lái)關(guān)閉這些Io流。
使用FileReader讀取文件：
可以看出使用FileInputStream和FileReader進(jìn)行文件的讀寫(xiě)并沒(méi)有什么區(qū)別，只是操作單元不同而且。
FileOutputStream/FileWriter是Io中的文件輸出流，下面介紹這兩個(gè)類(lèi)的用法。
FileOutputStream的用法：
運(yùn)行程序可以看到輸出流指定的目錄下多了一個(gè)文件：newTest.txt, 該文件的內(nèi)容和Test.txt文件的內(nèi)容完全相同。FileWriter的使用方式和FileOutputStream基本類(lèi)似，這里就帶過(guò)。
注： 使用java的io流執(zhí)行輸出時(shí)，不要忘記關(guān)閉輸出流，關(guān)閉輸出流除了可以保證流的物理資源被回收之外，可能還可以將輸出流緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)flush到物理節(jié)點(diǎn)中里（因?yàn)樵趫?zhí)行close（）方法之前，自動(dòng)執(zhí)行輸出流的flush（）方法）。java很多輸出流默認(rèn)都提供了緩存功能，其實(shí)我們沒(méi)有必要刻意去記憶哪些流有緩存功能，哪些流沒(méi)有，只有正常關(guān)閉所有的輸出流即可保證程序正常。
緩沖流的使用
（BufferedInputStream/BufferedReader, BufferedOutputStream/BufferedWriter）：
下面介紹字節(jié)緩存流的用法（字符緩存流的用法和字節(jié)緩存流一致就不介紹了）：
可以看到使用字節(jié)緩存流讀取和寫(xiě)入數(shù)據(jù)的方式和文件流（FileInputStream,FileOutputStream）并沒(méi)有什么不同，只是把處理流套接到文件流上進(jìn)行讀寫(xiě)。緩存流的原理下節(jié)介紹。
上面代碼中我們使用了緩存流和文件流，但是我們只關(guān)閉了緩存流。這個(gè)需要注意一下，當(dāng)我們使用處理流套接到節(jié)點(diǎn)流上的使用的時(shí)候，只需要關(guān)閉最上層的處理就可以了。java會(huì)自動(dòng)幫我們關(guān)閉下層的節(jié)點(diǎn)流。
2.3 轉(zhuǎn)換流的使用
（InputStreamReader/OutputStreamWriter）:
? ?下面以獲取鍵盤(pán)輸入為例來(lái)介紹轉(zhuǎn)換流的用法。java使用System.in代表輸入。即鍵盤(pán)輸入，但這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)輸入流是InputStream類(lèi)的實(shí)例，使用不太方便，而且鍵盤(pán)輸入內(nèi)容都是文本內(nèi)容，所以可以使用InputStreamReader將其包裝成BufferedReader,利用BufferedReader的readLine()方法可以一次讀取一行內(nèi)容，如下代碼所示:
p
上面程序?qū)ystem.in包裝成BufferedReader,BufferedReader流具有緩存功能，它可以一次讀取一行文本——以換行符為標(biāo)志，如果它沒(méi)有讀到換行符，則程序堵塞。等到讀到換行符為止。運(yùn)行上面程序可以發(fā)現(xiàn)這個(gè)特征，當(dāng)我們?cè)诳刂婆_(tái)執(zhí)行輸入時(shí)，只有按下回車(chē)鍵，程序才會(huì)打印出剛剛輸入的內(nèi)容。
2.4 對(duì)象流的使用（ObjectInputStream/ObjectOutputStream）的使用：
寫(xiě)入對(duì)象：
? ?
讀取對(duì)象：
?
??
使用對(duì)象流的一些注意事項(xiàng)
1.讀取順序和寫(xiě)入順序一定要一致，不然會(huì)讀取出錯(cuò)。
2.在對(duì)象屬性前面加transient關(guān)鍵字，則該對(duì)象的屬性不會(huì)被序列化。
3.何為NIO,和傳統(tǒng)Io有何區(qū)別？
? ? 我們使用InputStream從輸入流中讀取數(shù)據(jù)時(shí)，如果沒(méi)有讀取到有效的數(shù)據(jù)，程序?qū)⒃诖颂幾枞摼€程的執(zhí)行。其實(shí)傳統(tǒng)的輸入里和輸出流都是阻塞式的進(jìn)行輸入和輸出。 不僅如此，傳統(tǒng)的輸入流、輸出流都是通過(guò)字節(jié)的移動(dòng)來(lái)處理的（即使我們不直接處理字節(jié)流，但底層實(shí)現(xiàn)還是依賴(lài)于字節(jié)處理），也就是說(shuō)，面向流的輸入和輸出一次只能處理一個(gè)字節(jié)，因此面向流的輸入和輸出系統(tǒng)效率通常不高。
? ? 從JDk1.4開(kāi)始，java提供了一系列改進(jìn)的輸入和輸出處理的新功能，這些功能被統(tǒng)稱(chēng)為新IO(NIO)。新增了許多用于處理輸入和輸出的類(lèi)，這些類(lèi)都被放在java.nio包及其子包下，并且對(duì)原io的很多類(lèi)都以NIO為基礎(chǔ)進(jìn)行了改寫(xiě)。新增了滿(mǎn)足NIO的功能。
? ? NIO采用了內(nèi)存映射對(duì)象的方式來(lái)處理輸入和輸出，NIO將文件或者文件的一塊區(qū)域映射到內(nèi)存中，這樣就可以像訪問(wèn)內(nèi)存一樣來(lái)訪問(wèn)文件了。通過(guò)這種方式來(lái)進(jìn)行輸入/輸出比傳統(tǒng)的輸入和輸出要快的多。
JDk1.4使用NIO改寫(xiě)了傳統(tǒng)Io后，傳統(tǒng)Io的讀寫(xiě)速度和NIO差不了太多。
4.在開(kāi)發(fā)中正確使用Io流
? ? 了解了java io的整體類(lèi)結(jié)構(gòu)和每個(gè)類(lèi)的一下特性后，我們可以在開(kāi)發(fā)的過(guò)程中根據(jù)需要靈活的使用不同的Io流進(jìn)行開(kāi)發(fā)。下面是我整理2點(diǎn)原則:
如果是操作二進(jìn)制文件那我們就使用字節(jié)流，如果操作的是文本文件那我們就使用字符流。
盡可能的多使用處理流，這會(huì)使我們的代碼更加靈活，復(fù)用性更好。
