【java基础】Java IO流

Java IO概念

• IO：即in和out，也就是输入和输出，指应用程序和外部设备之间的数据传递，常见的外部设备包括文件、管道、网络连接。
• 流（stream）：一连串的数据（字符或字节），以先进先出的方式发送信息的通道
  当程序需要读取数据的时候，就会开启一个通向数据源的流，这个数据源可以是文件，内存，或是网络连接。

流的特性

1. 按数据流的方向：输入流、输出流
2. 按处理数据单位：字节流、字符流
3. 按功能：节点流、处理流
   

分类

• 输入流与输出流：输入与输出是相对于应用程序而言的，比如文件读写，读取文件是输入流，写文件是输出流。
  
• 字节流和字符流：字节流操作的单元是数据单元是8位的字节，字符流操作的是数据单元为16位的字符。
  • 为什么要有字符流？
    Unicode编码中，一个英文字母为一个字节，一个中文汉字为两个字节，而在UTF-8编码中，一个中文字符是3个字节，为了更方便处理这些中文字符，java就推出了字符流
  • 字节流可以处理一切文件，而字符流只能处理纯文本文件。
  • 字节流本身没有缓冲区，缓冲字节流相对于字节流，效率提升非常高。而字符流本身就带有缓冲区，缓冲字符流相对于字符流效率提升就不是那么大了。
• 节点流和处理流：
  • 节点流：直接操作数据读写的流类，比如FileInputStream
  • 处理流：对一个已存在的流的链接和封装，通过对数据进行处理为程序提供功能强大、灵活的读写功能，例如BufferedInputStream（缓冲字节流）
    
    处理流和节点流应用了Java的装饰者设计模式，处理流是对节点流的封装，最终的数据处理还是由节点流完成的
  • 缓冲流：缓冲流是处理流的一种。程序与磁盘的交互相对于内存运算是很慢的，缓冲流，就应用这种思路：普通流每次读写一个字节，而缓冲流在内存中设置一个缓存区，缓冲区先存储足够的待操作数据后，再与内存或磁盘进行交互。这样，在总数据量不变的情况下，通过提高每次交互的数据量，减少了交互次数。
    处理流和节点流应用了Java的装饰者设计模式，处理流是对节点流的封装，最终的数据处理还是由节点流完成的
  • 缓冲流：缓冲流是处理流的一种。程序与磁盘的交互相对于内存运算是很慢的，缓冲流，就应用这种思路：普通流每次读写一个字节，而缓冲流在内存中设置一个缓存区，缓冲区先存储足够的待操作数据后，再与内存或磁盘进行交互。这样，在总数据量不变的情况下，通过提高每次交互的数据量，减少了交互次数。
    
    

IO流对象

File类

File类是用来操作文件的类，但它不能操作文件中的数据。

public class File extends Object implements Serializable, Comparable<File>

File类的构造方法

File类的常用方法

字节流

InputStream与OutputStream是两个抽象类，是字节流的基类，所有具体的字节流实现类都是分别继承了这两个类。
以InputStream为例，它继承了Object，实现了Closeable

• InputStream：InputStream是所有字节输入流的抽象基类，前面说过抽象类不能被实例化，实际上是作为模板而存在的，为所有实现类定义了处理输入流的方法。
• FileInputSream：文件输入流，一个非常重要的字节输入流，用于对文件进行读取操作。
• PipedInputStream：管道字节输入流，能实现多线程间的管道通信。
• ByteArrayInputStream：字节数组输入流，从字节数组(byte[])中进行以字节为单位的读取，也就是将资源文件都以字节的形式存入到该类中的字节数组中去。
• FilterInputStream：装饰者类，具体的装饰者继承该类，这些类都是处理类，作用是对节点类进行封装，实现一些特殊功能。
• DataInputStream：数据输入流，它是用来装饰其它输入流，作用是“允许应用程序以与机器无关方式从底层输入流中读取基本 Java 数据类型”。
• BufferedInputStream：缓冲流，对节点流进行装饰，内部会有一个缓存区，用来存放字节，每次都是将缓存区存满然后发送，而不是一个字节或两个字节这样发送，效率更高。
• ObjectInputStream：对象输入流，用来提供对基本数据或对象的持久存储。通俗点说，也就是能直接传输对象，通常应用在反序列化中。它也是一种处理流，构造器的入参是一个InputStream的实例对象。
  OutputStream类继承关系图：
  

字符流

字符流也有两个抽象基类，分别是Reader和Writer。其他的字符流实现类都是继承了这两个类。

各个类的详细说明：

• InputStreamReader：从字节流到字符流的桥梁（InputStreamReader构造器入参是FileInputStream的实例对象），它读取字节并使用指定的字符集将其解码为字符。它使用的字符集可以通过名称指定，也可以显式给定，或者可以接受平台的默认字符集。
• BufferedReader：从字符输入流中读取文本，设置一个缓冲区来提高效率。BufferedReader是对InputStreamReader的封装，前者构造器的入参就是后者的一个实例对象。
• FileReader：用于读取字符文件的便利类，new FileReader(File file)等同于new InputStreamReader(new FileInputStream(file, true),“UTF-8”)，但FileReader不能指定字符编码和默认字节缓冲区大小。
• PipedReader ：管道字符输入流。实现多线程间的管道通信。
• CharArrayReader：从Char数组中读取数据的介质流。
• StringReader ：从String中读取数据的介质流。
• Writer与Reader结构类似，方向相反，不再赘述。唯一有区别的是，Writer的子类

IO流方法

字节流方法

字节输入流InputStream主要方法：

• read() ：从此输入流中读取一个数据字节。
• read(byte[] b) ：从此输入流中将最多 b.length 个字节的数据读入一个 byte 数组中。
• read(byte[] b, int off, int len) ：从此输入流中将最多 len 个字节的数据读入一个 byte 数组中。
• close()：关闭此输入流并释放与该流关联的所有系统资源。
  字节输出流OutputStream主要方法：
• write(byte[] b) ：将 b.length 个字节从指定 byte 数组写入此文件输出流中。
• write(byte[] b, int off, int len) ：将指定 byte 数组中从偏移量 off 开始的 len 个字节写入此文件输出流。
• write(int b) ：将指定字节写入此文件输出流。
• close() ：关闭此输入流并释放与该流关联的所有系统资源。

字符流方法

字符输入流Reader主要方法：

• read()：读取单个字符。
• read(char[] cbuf) ：将字符读入数组。
• read(char[] cbuf, int off, int len) ： 将字符读入数组的某一部分。
• read(CharBuffer target) ：试图将字符读入指定的字符缓冲区。
• flush() ：刷新该流的缓冲。
• close() ：关闭此流，但要先刷新它。
  字符输出流Writer主要方法：
• write(char[] cbuf) ：写入字符数组。
• write(char[] cbuf, int off, int len) ：写入字符数组的某一部分。
• write(int c) ：写入单个字符。
• write(String str) ：写入字符串。
• write(String str, int off, int len) ：写入字符串的某一部分。
• flush() ：刷新该流的缓冲。
• close() ：关闭此流，但要先刷新它。
  另外，字符缓冲流还有两个独特的方法：
• BufferedWriter类newLine() ：写入一个行分隔符。这个方法会自动适配所在系统的行分隔符。
• BufferedReader类readLine() ：读取一个文本行。

位、字节、字符

一字节 = 8位
一般在英文状态下一个字母或字符占用一个字节，一个汉字用两个字节表示。
字节与字符：
ASCII 码中，一个英文字母（不分大小写）为一个字节，一个中文汉字为两个字节。
UTF-8 编码中，一个英文字为一个字节，一个中文为三个字节。
Unicode 编码中，一个英文为一个字节，一个中文为两个字节。
符号：英文标点为一个字节，中文标点为两个字节。例如：英文句号 . 占1个字节的大小，中文句号 。占2个字节的大小。
UTF-16 编码中，一个英文字母字符或一个汉字字符存储都需要 2 个字节（Unicode 扩展区的一些汉字存储需要 4 个字节）。
UTF-32 编码中，世界上任何字符的存储都需要 4 个字节。