IO流基础

原创已于 2024-08-04 13:54:35 修改 · 617 阅读

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#java #学习 #笔记

于 2024-08-04 13:53:18 首次发布

IO流简介

IO即input/output，输入和输出。数据输入到计算机内存的过程即输入，反之输出到外部存储（比如数据库，文件，远程主机）的过程即输出。数据传输过程类似于水流，因此称为 IO 流。IO 流在 Java 中分为输入流和输出流，而根据数据的处理方式又分为字节流和字符流。

Java IO 流的 40 多个类都是从如下 4 个抽象类基类中派生出来的。

InputStream/Reader: 所有的输入流的基类，前者是字节输入流，后者是字符输入流。
OutputStream/Writer: 所有输出流的基类，前者是字节输出流，后者是字符输出流。

字节流

InputStream(字节输入流)

InputStream用于从源头（通常是文件）读取数据（字节信息）到内存中，java.io.InputStream抽象类是所有字节输入流的父类。

InputStream 常用方法：

read()：返回输入流中下一个字节的数据。返回的值介于 0 到 255 之间。如果未读取任何字节，则代码返回 -1 ，表示文件结束。
read(byte b[ ]) : 从输入流中读取一些字节存储到数组 b 中。如果数组 b 的长度为零，则不读取。如果没有可用字节读取，返回 -1。如果有可用字节读取，则最多读取的字节数最多等于 b.length ，返回读取的字节数。这个方法等价于 read(b, 0, b.length)。
read(byte b[], int off, int len)：在read(byte b[ ]) 方法的基础上增加了 off 参数（偏移量）和 len 参数（要读取的最大字节数）。
skip(long n)：忽略输入流中的 n 个字节 ,返回实际忽略的字节数。
available()：返回输入流中可以读取的字节数。
close()：关闭输入流释放相关的系统资源。

从 Java 9 开始，InputStream 新增加了多个实用的方法：

readAllBytes()：读取输入流中的所有字节，返回字节数组。
readNBytes(byte[] b, int off, int len)：阻塞直到读取 len 个字节。
transferTo(OutputStream out)：将所有字节从一个输入流传递到一个输出流。

FileInputStream 是一个比较常用的字节输入流对象，可直接指定文件路径，可以直接读取单字节数据，也可以读取至字节数组中。

FileInputStream 代码示例：

package com.Java基础.IO流;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;

public class IOStream {
    public static void main(String[] args) {
        try (InputStream fis = new FileInputStream("input.txt")) {
            System.out.println("Number of remaining bytes:"
                    + fis.available());//返回输入流中可以读取的字节数。
            int content;
            long skip = fis.skip(2);
            //忽略输入流中的 n 个字节 ,返回实际忽略的字节数。
            System.out.println("The actual number of bytes skipped:" + skip);
            //返回实际读取的字节
            System.out.print("The content read from file:");
            while ((content = fis.read()) != -1) {
                System.out.print((char) content);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

在这里插入图片描述

输出结果：

Number of remaining bytes:9
The actual number of bytes skipped:2
The content read from file:VAGUIDE

不过，一般我们是不会直接单独使用 FileInputStream ，通常会配合 BufferedInputStream（字节缓冲输入流，后文会讲到）来使用。

像下面这段代码在我们的项目中就比较常见，我们通过 readAllBytes() 读取输入流所有字节并将其直接赋值给一个 String 对象。

// 新建一个 BufferedInputStream 对象
BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(new FileInputStream("input.txt"));
// 读取文件的内容并复制到 String 对象中
String result = new String(bufferedInputStream.readAllBytes());
System.out.println(result);

DataInputStream 用于读取指定类型数据，不能单独使用，必须结合其它流，比如 FileInputStream 。

 FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("input.txt");
//必须将fileInputStream作为构造参数才能使用
        DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(fileInputStream);
//可以读取任意具体的类型数据
        dataInputStream.readBoolean();
        dataInputStream.readInt();
        dataInputStream.readUTF();

ObjectInputStream 用于从输入流中读取 Java 对象（反序列化），ObjectOutputStream 用于将对象写入到输出流(序列化)。

ObjectInputStream input = new ObjectInputStream(new FileInputStream("object.data"));
MyClass object = (MyClass) input.readObject();
input.close();

另外，用于序列化和反序列化的类必须实现 Serializable 接口，对象中如果有属性不想被序列化，使用 transient 修饰。

OutputStream（字节输出流）

OutputStream用于将数据（字节信息）写入到目的地（通常是文件），java.io.OutputStream抽象类是所有字节输出流的父类。

OutputStream 常用方法：

write(int b)：将特定字节写入输出流。
write(byte b[ ]) : 将数组b 写入到输出流，等价于 write(b, 0, b.length) 。
write(byte[] b, int off, int len) : 在write(byte b[ ]) 方法的基础上增加了 off 参数（偏移量）和 len 参数（要读取的最大字节数）。
flush()：刷新此输出流并强制写出所有缓冲的输出字节。
close()：关闭输出流释放相关的系统资源。

FileOutputStream 是最常用的字节输出流对象，可直接指定文件路径，可以直接输出单字节数据，也可以输出指定的字节数组。

FileOutputStream 代码示例：

try (FileOutputStream output = new FileOutputStream("output.txt")) {
    byte[] array = "JavaGuide".getBytes();
    output.write(array);
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

在这里插入图片描述

类似于 FileInputStream，FileOutputStream 通常也会配合 BufferedOutputStream（字节缓冲输出流，后文会讲到）来使用。

FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("output.txt");
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fileOutputStream)

DataOutputStream 用于写入指定类型数据，不能单独使用，必须结合其它流，比如 FileOutputStream 。

// 输出流
FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("out.txt");
DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(fileOutputStream);
// 输出任意数据类型
dataOutputStream.writeBoolean(true);
dataOutputStream.writeByte(1);

ObjectInputStream 用于从输入流中读取 Java 对象（ObjectInputStream,反序列化），ObjectOutputStream将对象写入到输出流(ObjectOutputStream，序列化)。

ObjectOutputStream output = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("file.txt")
Person person = new Person("Guide哥", "JavaGuide作者");
output.writeObject(person);

字符流

不管是文件读写还是网络发送接收，信息的最小存储单元都是字节。 那为什么 I/O 流操作要分为字节流操作和字符流操作呢？

主要有两点原因：

字符流是由 Java 虚拟机将字节转换得到的，这个过程还算是比较耗时。
如果我们不知道编码类型就很容易出现乱码问题。

我们将上面提到的 FileInputStream 代码示例中的 input.txt 文件内容改为中文即可，原代码不需要改动。

输出结果：

Number of remaining bytes:9
The actual number of bytes skipped:2
The content read from file:§å®¶å¥½

因此，I/O 流就干脆提供了一个直接操作字符的接口，方便我们平时对字符进行流操作。如果音频文件、图片等媒体文件用字节流比较好，如果涉及到字符的话使用字符流比较好。

字符流默认采用的是 Unicode 编码，我们可以通过构造方法自定义编码。顺便分享一下之前遇到的笔试题：常用字符编码所占字节数？utf8 :英文占 1 字节，中文占 3 字节，unicode：任何字符都占 2 个字节，gbk：英文占 1 字节，中文占 2 字节。

Reader（字符输入流）

Reader用于从源头（通常是文件）读取数据（字符信息）到内存中，java.io.Reader抽象类是所有字符输入流的父类。

Reader 用于读取文本， InputStream 用于读取原始字节。

Reader 常用方法：

read() : 从输入流读取一个字符。
read(char[] cbuf) : 从输入流中读取一些字符，并将它们存储到字符数组 cbuf中，等价于 read(cbuf, 0, cbuf.length) 。
read(char[] cbuf, int off, int len)：在read(char[] cbuf) 方法的基础上增加了 off 参数（偏移量）和 len 参数（要读取的最大字符数）。
skip(long n)：忽略输入流中的 n 个字符 ,返回实际忽略的字符数。
close() : 关闭输入流并释放相关的系统资源。

InputStreamReader 是字节流转换为字符流的桥梁，其子类 FileReader 是基于该基础上的封装，可以直接操作字符文件。

// 字节流转换为字符流的桥梁
public class InputStreamReader extends Reader {
}
// 用于读取字符文件
public class FileReader extends InputStreamReader {
}

案例

try (FileReader fileReader = new FileReader("input.txt");) {
    int content;
    long skip = fileReader.skip(3);
    System.out.println("The actual number of bytes skipped:" + skip);
    System.out.print("The content read from file:");
    while ((content = fileReader.read()) != -1) {
        System.out.print((char) content);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

在这里插入图片描述

输出结果

The actual number of bytes skipped:3
The content read from file:我是guide

Write(字符输出流)

Writer用于将数据（字符信息）写入到目的地（通常是文件），java.io.Writer抽象类是所有字符输出流的父类。

Writer 常用方法：

write(int c) : 写入单个字符。
write(char[] cbuf)：写入字符数组 cbuf，等价于write(cbuf, 0, cbuf.length)。
write(char[] cbuf, int off, int len)：在write(char[] cbuf) 方法的基础上增加了 off 参数（偏移量）和 len 参数（要读取的最大字符数）。
write(String str)：写入字符串，等价于 write(str, 0, str.length()) 。
write(String str, int off, int len)：在write(String str) 方法的基础上增加了 off 参数（偏移量）和 len 参数（要读取的最大字符数）。
append(CharSequence csq)：将指定的字符序列附加到指定的 Writer 对象并返回该 Writer 对象。
append(char c)：将指定的字符附加到指定的 Writer 对象并返回该 Writer 对象。
flush()：刷新此输出流并强制写出所有缓冲的输出字符。
close():关闭输出流释放相关的系统资源。

OutputStreamWriter 是字符流转换为字节流的桥梁，其子类 FileWriter 是基于该基础上的封装，可以直接将字符写入到文件。

// 字符流转换为字节流的桥梁
public class OutputStreamWriter extends Writer {
}
// 用于写入字符到文件
public class FileWriter extends OutputStreamWriter {
}

案例:

try (Writer output = new FileWriter("output.txt")) {
    output.write("你好，我是Guide。");
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

输出结果:

在这里插入图片描述

字节缓冲流

IO 操作是很消耗性能的，缓冲流将数据加载至缓冲区，一次性读取/写入多个字节，从而避免频繁的 IO 操作，提高流的传输效率。

字节缓冲流这里采用了装饰器模式来增强 InputStream 和OutputStream子类对象的功能。

BufferedInputStream（字节缓冲输入流）

BufferedInputStream 从源头（通常是文件）读取数据（字节信息）到内存的过程中不会一个字节一个字节的读取，而是会先将读取到的字节存放在缓存区，并从内部缓冲区中单独读取字节。这样大幅减少了 IO 次数，提高了读取效率。

BufferedInputStream 内部维护了一个缓冲区，这个缓冲区实际就是一个字节数组，通过阅读 BufferedInputStream 源码即可得到这个结论。

public
class BufferedInputStream extends FilterInputStream {
    // 内部缓冲区数组
    protected volatile byte buf[];
    // 缓冲区的默认大小
    private static int DEFAULT_BUFFER_SIZE = 8192;
    // 使用默认的缓冲区大小
    public BufferedInputStream(InputStream in) {
        this(in, DEFAULT_BUFFER_SIZE);
    }
    // 自定义缓冲区大小
    public BufferedInputStream(InputStream in, int size) {
        super(in);
        if (size <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("Buffer size <= 0");
        }
        buf = new byte[size];
    }
}

缓冲区的大小默认为 8192 字节，当然了，你也可以通过 BufferedInputStream(InputStream in, int size) 这个构造方法来指定缓冲区的大小。

BufferedOutputStream（字节缓冲输出流）

BufferedOutputStream 将数据（字节信息）写入到目的地（通常是文件）的过程中不会一个字节一个字节的写入，而是会先将要写入的字节存放在缓存区，并从内部缓冲区中单独写入字节。这样大幅减少了 IO 次数，提高了读取效率

try (BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("output.txt"))) {
    byte[] array = "JavaGuide".getBytes();
    bos.write(array);
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

类似于 BufferedInputStream ，BufferedOutputStream 内部也维护了一个缓冲区，并且，这个缓存区的大小也是 8192 字节。

字符缓冲流

BufferedReader （字符缓冲输入流）和 BufferedWriter（字符缓冲输出流）类似于 BufferedInputStream（字节缓冲输入流）和BufferedOutputStream（字节缓冲输入流），内部都维护了一个字节数组作为缓冲区。不过，前者主要是用来操作字符信息。