Java IO全解析-优快云博客

一、Java中的IO的分类

磁盘的操作： File
字节的操作：InputStream 和 OutputStream
字符的操作：Reader 和 Writer
对象的操作：Serializable
网络的操作：Socket，如服务端通过输入流读取客户端发送的请求信息和客户端通过输出流向服务端请求信息。
非阻塞IO：NIO

Java中IO流的类结构图：

二、磁盘的操作

File类用于表示文件和目录的信息，但是它不表示文件的内容。

递归地列出一个目录下地所有文件：

// 递归 打印一个目录下面的所有文件   java7开始，可用Paths代替File
    public static void listAllFiles(File dir) {
        if(dir == null || !dir.exists()) return;
        if(dir.isFile()) {
            System.out.println(dir.getName());
            return ;
        }
        for(File file: dir.listFiles()) {
            listAllFiles(file);
        }
    }

三、字节的操作

读取数据到字节数组中：public int read(byte b[]) throws IOException.最常用方法

实现文件复制操作

每次读取一个字节，实现文件复制

// 每次读取一个字节
    public static void one_byte(File src, File dist) throws IOException {
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(src);
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(dist);
        int byte_num = 0;
        // read() 返回的是实际读取的个数
        // 返回 -1 表示读到文件尾部
        while ((byte_num = fileInputStream.read()) != -1) {
            fileOutputStream.write(byte_num);
        }
        fileInputStream.close();
        fileOutputStream.close();
    }

一次性读取多个字节，实现文件复制

// 一次读写多个字节
    public static void more_byte(File src, File dist) throws IOException {
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(src);
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(dist);

        // 每次读取 50byte
        byte[] bytes = new byte[50];
        int byte_num = 0;

        // read() 最多读取 bytes.length 个字节
        // 返回的是实际读取的字节数
        // 在这里，每次 读取/写入 50byte
        while ((byte_num = fileInputStream.read(bytes, 0, bytes.length - 1)) != -1) {
            fileOutputStream.write(bytes);
        }

        fileInputStream.close();
        fileOutputStream.close();
    }

实例化具有缓冲功能的字节流对象时，只需要在FileInputStream对象上再套一层BufferedInputStream对象即可。

FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream( filepath );

BufferedInputStream buffer = new BufferedInputStream( fileInputStream );

四、字符的操作

编码与解码

编码：将字符转化为字节

解码：将字节转化为字符

Java中的编码方式：

GBK, 中文字符2字节，英文字符1字节

UTF-8, 中文字符3字节，英文字符1字节

UTF-16eb, 中文字符和英文字符均占2字节

String的编码方式

String 可以看成是一个字符序列，可以指定一个编码方式将它编码为字节序列，亦可指定解码方式，将字节序列解码为String

String str = new String("周五");
        byte[] bytes = str.getBytes("GBK");
        String re = new String(bytes, "GBK");
        System.out.print(re);

字符操作 Reader 和 Writer

InputStreamReader 实现从字节流解码解码成字符流
OutputStreamWriter 实现从字符流编码成字节流

使用FileInputStream 和 InputStreamReader 读取文件内容

// 读取文件内容
    public static void get_content(File file) throws IOException {
        // 使用 FileInputStream 将文件读取到字节流
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(file);
        // 使用 InputStreamReader 从字节流转化为字符流
        InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(fileInputStream, "GBK");

        // 使用缓存 BufferReader
        BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(inputStreamReader);
        String line = null;
        while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) {
            System.out.println(line);
        }
        // 装饰者模式是的BufferedReader 组合了一个 Reader 对象
        // 在调用 BufferedRead 的close() 方法时会去调用 Reader 的 close() 方法
        bufferedReader.close();
        inputStreamReader.close();
    }

五、对象的序列化和反序列化

序列化：所谓序列化，就是将一个对象转化成字节序列，用于存储和运输。注意，不会对静态变量进行序列化，静态变量属于类的状态。

反序列化：反序列化，自然就是将字节序列转化为原对象

序列化： ObjectOutputStream.writeObject()

反序列化：ObjectInputStream.readObject()

序列化类的实现，Serializable接口

Serializable接口只是一个标准，没有任何方法需要实现。

序列化和反序列化的使用示例：

private static A a = new A(666, "Hello World!");
private static String objectFile = "obj.txt";

// 对象的序列化 Serializable
public static void ojb_to_byte() throws IOException{
    FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(objectFile);
    ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(fileOutputStream);
    objectOutputStream.writeObject(a);
    // 将对象转化为字节序 写入文件
    objectOutputStream.close();
}

// 对象反序列化
public static void byte_to_obj() throws IOException, ClassNotFoundException {
    FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(objectFile);
    ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(fileInputStream);
    // 使用ObjectInputStream 从文件读取字节序，再转化为对象
    A a2 = (A) objectInputStream.readObject();
    objectInputStream.close();
    System.out.println(a2.str);
}

// 一个类
private static class A implements Serializable {
    private int x;
    private String str;
    A(int x, String str) {
        this.x = x;
        this.str = str;
    }
}

补充：transient 关键字, transient可以使一些属性不被序列化。

六、通道和缓冲

1. 通道

通道Channel是对原IO包中的流的模拟，可以通过它读取和写入数据。

通道与流：流只能在一个方向上移动，而通道是双向的，可以读、写或者同时用于读写。

通道的类型：

FileChannel: 从文件中读写数据
DatagramChannel: 通过UDP读写网络中的数据
SocketChannel: 通过TCP读写网络中的数据
ServerSocketChannel: 可以监听新进来的TCP连接，对每个新连接都创建一个ServerSocketChannel

2. 缓冲区

发送给一个通道的所有数据均要首先放到缓冲区，同样，从通道中读取任何数据也要先读到缓冲区中。

不会直接对通道进行读写数据，而是先经过缓冲区。

Java中7类缓冲区：

ByteBuffer、ShortBuffer、IntBuffer、CharBuffer、FloatBuffer、DoubleBuffer、LongBuffer

缓冲区实质上是一个数组。

缓冲区的状态变量：

capacity : 最大容量
position: 当前已经读写的字节数
limit: 还可以读写的字节数

// 1. 创建容量大小为 10 的ByteBuffer

ByteBuffer bf = ByteBuffer.allocate(10);

此时position = 0, limit = capacity = 10。

// 2. 往缓冲区中 put() 5个字节

bf.put((byte)'H').put((byte)'e').put((byte)'l').put((byte)'l').put((byte)'o');

此时，position = 5, limit = capacity = 10;

// 3.调用 flip() 方法，切换为读就绪状态

bf.flip();

在缓冲区的数据写到通道之前，需要调用flip() 方法，该方法将limit 设置为当前position，并将position设置为0

// 4. 从缓冲区中读取两个元素

从缓冲区中读取2个字节到输出缓冲中，此时position = 2

// 5. 最后调用clear() 方法清空缓冲区，此时 position 和 limit 都被设置为初始值。

七、非阻塞IO

NIO也叫做非阻塞IO，NIO在网络通信中的非阻塞特性应用广泛。

IO与NIO最重要的区别是数据打包和传送的方式，IO以流的方式处理数据，而NIO是以块的形式处理数据。

面向流的IO一次处理一个字节数据，而面向块的NIO一次处理一个数据块。

1. 阻塞IO通信模型

阻塞I/O在调用InputStream.read()方法时是阻塞的，它会一直等到数据到来时（或超时）才会返回；同样，在调用ServerSocket.accept()方法时，也会一直阻塞到有客户端连接才会返回，每个客户端连接过来后，服务端都会启动一个线程去处理该客户端的请求。阻塞I/O的通信模型示意图如下：