深入理解JavaI/O原理：流、缓冲流、转换流与对象序列化-优快云博客

主要内容

java.io.File类的使用
IO原理及流的分类
文件流
FileInputStream / FileOutputStream / FileReader / FileWriter
缓冲流
- BufferedInputStream / BufferedOutputStream /
- BufferedReader / BufferedWriter
转换流
InputStreamReader / OutputStreamWriter
标准输入/输出流
打印流（了解）
PrintStream / PrintWriter
数据流（了解）
DataInputStream / DataOutputStream
对象流 ----涉及序列化、反序列化
ObjectInputStream / ObjectOutputStream
随机存取文件流
RandomAccessFile

File类

java.io.File类：文件和目录路径名的抽象表示形式，与平台无关
File 能新建、删除、重命名文件和目录，但 File 不能访问文件内容本身。如果需要访问文件内容本身，则需要使用输入/输出流。
File对象可以作为参数传递给流的构造函数
File类的常见构造方法：
- public File(String pathname)

以pathname为路径创建File对象，可以是绝对路径或者相对路径，如果pathname是相对路径，则默认的当前路径在系统属性user.dir中存储。

public File(String parent,String child)

以parent为父路径，child为子路径创建File对象。

File的静态属性String separator存储了当前系统的路径分隔符。
在UNIX中，此字段为'/'，在Windows中，为'\\'

常见方法：

eg：

File dir1 = new File("D:/IOTest/dir1");

if (!dir1.exists()) { // 如果D:/IOTest/dir1不存在，就创建为目录

dir1.mkdir(); }

// 创建以dir1为父目录,名为"dir2"的File对象

File dir2 = new File(dir1, "dir2");

if (!dir2.exists()) { // 如果还不存在，就创建为目录

dir2.mkdirs(); }

File dir4 = new File(dir1, "dir3/dir4");

if (!dir4.exists()) {

dir4.mkdirs();

}

// 创建以dir2为父目录,名为"test.txt"的File对象

File file = new File(dir2, "test.txt");

if (!file.exists()) { // 如果还不存在，就创建为文件

file.createNewFile();}

Java IO原理

IO流用来处理设备之间的数据传输。
Java程序中，对于数据的输入/输出操作以"流(stream)" 的方式进行。
java.io包下提供了各种"流"类和接口，用以获取不同种类的数据，并通过标准的方法输入或输出数据。

流的分类

按操作数据单位不同分为：字节流(8 bit)，字符流(16 bit)
按数据流的流向不同分为：输入流，输出流
按流的角色的不同分为：节点流，处理流

(抽象基类)	字节流	字符流
输入流	InputStream	Reader
输出流	OutputStream	Writer

Java的IO流共涉及40多个类，实际上非常规则，都是从如上4个抽象基类派生的。
由这四个类派生出来的子类名称都是以其父类名作为子类名后缀。
字节流：以byte为单位传输
字符流：以char为单位传输

IO流体系

InputStream & Reader

InputStream 和 Reader 是所有输入流的基类。
InputStream（典型实现：FileInputStream）
- int read()
- int read(byte[] b)
- int read(byte[] b, int off, int len)
Reader（典型实现：FileReader）
- int read()
- int read(char [] c)
- int read(char [] c, int off, int len)
程序中打开的文件 IO 资源不属于内存里的资源，垃圾回收机制无法回收该资源，所以应该显式关闭文件 IO 资源。

OutputStream & Writer

OutputStream 和 Writer 也非常相似：
- void write(int b/int c);
- void write(byte[] b/char[] cbuf);
- void write(byte[] b/char[] buff, int off, int len);
- void flush();
- void close(); 需要先刷新，再关闭此流
因为字符流直接以字符作为操作单位，所以 Writer 可以用字符串来替换字符数组，即以 String 对象作为参数
- void write(String str);
- void write(String str, int off, int len);

文件流

读取文件

1.建立一个流对象，将已存在的一个文件加载进流。

FileReader fr = new FileReader("Test.txt");

2.创建一个临时存放数据的数组。

char[] ch = new char[1024];

3.调用流对象的读取方法将流中的数据读入到数组中。

fr.read(ch);

FileReader fr = null;

try{

fr = new FileReader("c:\\test.txt");

char[] buf = new char[1024];

int len= 0;

while((len=fr.read(buf))!=-1){

System.out.println(new String(buf ,0,len));}

}catch (IOException e){

System.out.println("read-Exception :"+e.toString());}

finally{

if(fr!=null){

try{

fr.close();

}catch (IOException e){

System.out.println("close-Exception :"+e.toString());

} } }

写入文件

1.创建流对象，建立数据存放文件

FileWriter fw = new FileWriter("Test.txt");

2.调用流对象的写入方法，将数据写入流

fw.write("text");

3.关闭流资源，并将流中的数据清空到文件中。

fw.close();

FileWriter fw = null;

try{

fw = new FileWriter("Test.txt");

fw.write("text");

}

catch (IOException e){

System.out.println(e.toString());

}

finally{

If(fw!=null)

try{

fw.close();

}

catch (IOException e){

System.out.println(e.toString());

}

注意点：

定义文件路径时，注意：可以用"/"或者"\\"。File.separator()
在写入一个文件时，如果目录下有同名文件将被覆盖。
在读取文件时，必须保证该文件已存在，否则出异常。

处理流之一：缓冲流

为了提高数据读写的速度，Java API提供了带缓冲功能的流类，在使用这些流类时，会创建一个内部缓冲区数组
根据数据操作单位可以把缓冲流分为：
BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream
BufferedReader 和 BufferedWriter
缓冲流要"套接"在相应的节点流之上，对读写的数据提供了缓冲的功能，提高了读写的效率，同时增加了一些新的方法
对于输出的缓冲流，写出的数据会先在内存中缓存，使用flush()将会使内存中的数据立刻写出

BufferedReader br = null;

BufferedWriter bw = null;

try {

//step1:创建缓冲流对象：它是过滤流，是对节点流的包装

br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\IOTest\\source.txt"));

bw = new BufferedWriter(new FileWriter("d:\\IOTest\\destBF.txt"));

String str = null;

while ((str = br.readLine()) != null) { //一次读取字符文本文件的一行字符

bw.write(str); //一次写入一行字符串

bw.newLine(); //写入行分隔符

}

bw.flush(); //step2:刷新缓冲区

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

finally {

// step3: 关闭IO流对象

try {

if (bw != null) {

bw.close(); //关闭过滤流时,会自动关闭它所包装的底层节点流

}

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

try {

if (br != null) {

br.close();

}

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

处理流之二：转换流

转换流提供了在字节流和字符流之间的转换
Java API提供了两个转换流：
- InputStreamReader和OutputStreamWriter
字节流中的数据都是字符时，转成字符流操作更高效。

InputStreamReader

用于将字节流中读取到的字节按指定字符集解码成字符。需要和InputStream"套接"。
构造方法
public InputStreamReader(InputStream in)
public InputSreamReader(InputStream in,String charsetName)

如： Reader isr = new

InputStreamReader(System.in,"ISO5334_1");//指定字符集

OutputStreamWriter

用于将要写入到字节流中的字符按指定字符集编码成字节。需要和OutputStream"套接"。
构造方法
public OutputStreamWriter(OutputStream out)
public OutputStreamWriter(OutputStream out,String charsetName)

public void testMyInput() throws Exception{

FileInputStream fis = new FileInputStream("dbcp.txt");

FileOutputStream fos = new FileOutputStream("dbcp5.txt");

InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis,"GBK");

OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(fos,"GBK");

BufferedReader br = new BufferedReader(isr);

BufferedWriter bw = new BufferedWriter(osw);

String str = null;

while((str = br.readLine()) != null){

bw.write(str);

bw.newLine();

bw.flush();

} bw.close(); br.close();}

补充：字符编码

编码表的由来

计算机只能识别二进制数据，早期由来是电信号。为了方便应用计算机，让它可以识别各个国家的文字。就将各个国家的文字用数字来表示，并一一对应，形成一张表。这就是编码表。

常见的编码表
ASCII：美国标准信息交换码。
- 用一个字节的7位可以表示。
ISO8859-1：拉丁码表。欧洲码表
- 用一个字节的8位表示。
GB2312：中国的中文编码表。
GBK：中国的中文编码表升级，融合了更多的中文文字符号。
Unicode：国际标准码，融合了多种文字。
- 所有文字都用两个字节来表示,Java语言使用的就是unicode
UTF-8：最多用三个字节来表示一个字符。
编码：字符串à字节数组
解码：字节数组à字符串
转换流的编码应用
可以将字符按指定编码格式存储。
可以对文本数据按指定编码格式来解读。
指定编码表的动作由构造器完成。

处理流之三：标准输入输出流

System.in和System.out分别代表了系统标准的输入和输出设备
默认输入设备是键盘，输出设备是显示器
System.in的类型是InputStream
System.out的类型是PrintStream，其是OutputStream的子类FilterOutputStream 的子类
通过System类的setIn，setOut方法对默认设备进行改变。
- public static void setIn(InputStream in)
- public static void setOut(PrintStream out)

System.out.println("请输入信息(退出输入e或exit):");

//把"标准"输入流(键盘输入)这个字节流包装成字符流,再包装成缓冲流

BufferedReader br = new BufferedReader(

new InputStreamReader(System.in));

String s = null;

try {

while ((s = br.readLine()) != null) { //读取用户输入的一行数据 --> 阻塞程序

if (s.equalsIgnoreCase("e") || s.equalsIgnoreCase("exit")) {

System.out.println("安全退出!!");

break;

}

//将读取到的整行字符串转成大写输出

System.out.println("-->:"+s.toUpperCase());

System.out.println("继续输入信息");

}

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

} finally {

try {

if (br != null) {

br.close(); //关闭过滤流时,会自动关闭它包装的底层节点流

}

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

处理流之四：打印流（了解）

在整个IO包中，打印流是输出信息最方便的类。
PrintStream(字节打印流)和PrintWriter(字符打印流)
- 提供了一系列重载的print和println方法，用于多种数据类型的输出
- PrintStream和PrintWriter的输出不会抛出异常
- PrintStream和PrintWriter有自动flush功能
- System.out返回的是PrintStream的实例

FileOutputStream fos = null;

try {

fos = new FileOutputStream(new File("D:\\IO\\text.txt"));

} catch (FileNotFoundException e) {

e.printStackTrace();

}//创建打印输出流,设置为自动刷新模式(写入换行符或字节 '\n' 时都会刷新输出缓冲区)

PrintStream ps = new PrintStream(fos,true);

if (ps != null) { // 把标准输出流(控制台输出)改成文件

System.setOut(ps);}

for (int i = 0; i <= 255; i++) { //输出ASCII字符

System.out.print((char)i);

if (i % 50 == 0) { //每50个数据一行

System.out.println(); // 换行

}

ps.close();

}

处理流之五：数据流（了解）

为了方便地操作Java语言的基本数据类型的数据，可以使用数据流。
数据流有两个类：(用于读取和写出基本数据类型的数据）
- DataInputStream 和 DataOutputStream
- 分别"套接"在 InputStream 和 OutputStream 节点流上
DataInputStream中的方法

boolean readBoolean() byte readByte()

char readChar() float readFloat()

double readDouble() short readShort()

long readLong() int readInt()

String readUTF() void readFully(byte[] b)

DataOutputStream中的方法
将上述的方法的read改为相应的write即可。

DataOutputStream dos = null;

try { //创建连接到指定文件的数据输出流对象

dos = new DataOutputStream(new FileOutputStream(

"d:\\IOTest\\destData.dat"));

dos.writeUTF("ab中国"); //写UTF字符串

dos.writeBoolean(false); //写入布尔值

dos.writeLong(1234567890L); //写入长整数

System.out.println("写文件成功!");

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

} finally { //关闭流对象

try {

if (dos != null) {

// 关闭过滤流时,会自动关闭它包装的底层节点流

dos.close();

}

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

} }

处理流之六：对象流

ObjectInputStream和OjbectOutputSteam
用于存储和读取对象的处理流。它的强大之处就是可以把Java中的对象写入到数据源中，也能把对象从数据源中还原回来。
序列化(Serialize)：用ObjectOutputStream类将一个Java对象写入IO流中
反序列化(Deserialize)：用ObjectInputStream类从IO流中恢复该Java对象
ObjectOutputStream和ObjectInputStream不能序列化static和transient修饰的成员变量

对象的序列化

对象序列化机制允许把内存中的Java对象转换成平台无关的二进制流，从而允许把这种二进制流持久地保存在磁盘上，或通过网络将这种二进制流传输到另一个网络节点。当其它程序获取了这种二进制流，就可以恢复成原来的Java对象
序列化的好处在于可将任何实现了Serializable接口的对象转化为字节数据，使其在保存和传输时可被还原
序列化是 RMI（Remote Method Invoke – 远程方法调用）过程的参数和返回值都必须实现的机制，而 RMI 是 JavaEE 的基础。因此序列化机制是 JavaEE 平台的基础
如果需要让某个对象支持序列化机制，则必须让其类是可序列化的，为了让某个类是可序列化的，该类必须实现如下两个接口之一：
- Serializable
- Externalizable
凡是实现Serializable接口的类都有一个表示序列化版本标识符的静态变量：
- private static final long serialVersionUID;
- serialVersionUID用来表明类的不同版本间的兼容性
- 如果类没有显示定义这个静态变量，它的值是Java运行时环境根据类的内部细节自动生成的。若类的源代码作了修改，serialVersionUID 可能发生变化。故建议，显示声明
显示定义serialVersionUID的用途
- 希望类的不同版本对序列化兼容，因此需确保类的不同版本具有相同的serialVersionUID
- 不希望类的不同版本对序列化兼容，因此需确保类的不同版本具有不同的serialVersionUID

使用对象流序列化对象

若某个类实现了 Serializable 接口，该类的对象就是可序列化的：
- 创建一个 ObjectOutputStream
- 调用 ObjectOutputStream 对象的 writeObject(对象) 方法输出可序列化对象。注意写出一次，操作flush()
反序列化
- 创建一个 ObjectInputStream
- 调用 readObject() 方法读取流中的对象
强调：如果某个类的字段不是基本数据类型或 String 类型，而是另一个引用类型，那么这个引用类型必须是可序列化的，否则拥有该类型的 Field 的类也不能序列化

序列化:将对象写入到磁盘或者进行网络传输。

要求对象必须实现序列化

ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("test3.txt"));

Person p = new Person("韩梅梅",18,"中华大街",new Pet());

oos.writeObject(p);

oos.flush();

oos.close();

//反序列化：将磁盘中的对象数据源读出。

ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("test3.txt"));

Person p1 = (Person)ois.readObject();

System.out.println(p1.toString());

ois.close();

RandomAccessFile 类

RandomAccessFile 类支持 "随机访问" 的方式，程序可以直接跳到文件的任意地方来读、写文件
- 支持只访问文件的部分内容
- 可以向已存在的文件后追加内容
RandomAccessFile 对象包含一个记录指针，用以标示当前读写处的位置。RandomAccessFile 类对象可以自由移动记录指针：
- long getFilePointer()：获取文件记录指针的当前位置
- void seek(long pos)：将文件记录指针定位到 pos 位置
构造器
- public RandomAccessFile(File file, String mode)
- public RandomAccessFile(String name, String mode)
创建 RandomAccessFile 类实例需要指定一个 mode 参数，该参数指定 RandomAccessFile 的访问模式：
- r: 以只读方式打开
- rw：打开以便读取和写入
- rwd:打开以便读取和写入；同步文件内容的更新
- rws:打开以便读取和写入；同步文件内容和元数据的更新