字节流和字符流

最新推荐文章于 2024-12-02 08:54:07 发布

qq_59808309

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文章标签： java 开发语言

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在Java.io包中操作文件内容主要有两大类：字节流和字符流，两类都分为输入输出操作。

在字节流中，输入数据使用InputStream类，输出数据使用OutputStream类。主要用来处理字节或二进制对象（图片、音频）。
在字符流中，输入数据主要使用Reader类，输出数据使用Writer类。主要用来处理字符或字符串（一个字符占两个字节）。
这四个都是抽象类。

所有文件的存储都是按字节（byte）来存储的，在磁盘上保留的并不是文件的字符而是把字符编码成字节，再存储这些字节到磁盘。在读取文件（特别是文本文件）时，也是一个字节一个字节的读取以形成字节序列。

一、使用场景

字符流是由Java虚拟机将字节转化为Unicode字符为单位的字符而成的，对支持多国语言支持性比较好，如果是关系到中文（文本）的用字符流比较好。字符流只能处理字符或者字符串。

字节流可用于任何类型的对象，包括二进制对象。字节流提供了处理任何类型的IO操作功能，但是她不能直接处理Unicode字符。如果是音频文件、图片、歌曲，就使用字节流比较好。

字节流是最基本的，所有的InputStream和OutputStream的子类都是，主要是用来处理二进制数据，她是按字节来处理的，但是实际中很多的数据是文本，又提出了字符流的概念，它是按虚拟机的encode来处理的，也就是要进行字符集的转化，这两个之间通过InputStreamReader，OutputStreamWriter来关联，实际上是通过byte[]和String来关联。

二、字节流和字符流的区别

字节流在操作的时候本身是不会用到缓冲区（内存）的，是直接操作文件本身的。而字符流在操作的时候是使用到缓冲区的。
字节流在操作文件时，即使不关闭资源（close方法），文件也能输出。字符流不关闭资源的话，则不会输出任何内容，说明字符流用的是缓存区，可以使用flush方法强制进行刷新缓冲区，这是才能在不close的情况下输出内容
读写单位不同。字节流以字节为单位，通常用来处理二进制文件。字符流以字符为单位，在读写的时候根据码表映射，每个字符对应多个字节。
处理对象不同。字节流能处理所有类型的文件数据（图片、音频）。字符流适用于处理文本数据。

三、Java IO中的字节流和字符流

IO流主要的分类方式有以下3种：

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

IO 分类图：

1.字节流

InputStream和OutputStream是两个抽象类，是字节流的基类，所有具体的字节流实现都是分别继承了这两个类。

InputStream类有很多的实现子类，下面列举了一些比较常用的：

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。
FileInputStream：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讯。
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已字节的形式存入到该类的字节数组中去。
FilterInputStream：装饰者类，具体装饰者集成该类，这些都是处理类，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，它是用来装饰其他输入流，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，内部会与一个缓存区，用来存放字节，每次都将缓存区存满后发送，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。通俗的说，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对象。

OutputStream类继承关系图：

OutputStream类继承关系与InputStream类型，需要注意的是PrintStream。

2.字符流

与字节流类似，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。

以Reader为例，它的主要实现子类如下图：

各个类的详细说：

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。它是由的字符集可通过名称指定，也可以显示给定，或者可以接收平台的默认字符集。
BufferedReader：从字符输入流中读取文本，设置一个缓存区来提高效率。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),"UTF-8")，但FileReader不能指定指定字符编码和默认缓冲区大小。
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，不在赘述。唯一有区别的是，Writer的子类PrintWriter。

3.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：对一个已经存在的流的连接和封装，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（缓存字节流）

处理流和节点流应用了 Java 的装饰者设计模式。

下图就很形象地描绘了节点流和处理流，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。

在诸多的处理流中，有一个非常重要，那就是缓冲流。

我们知道，程序与磁盘的交互相对于内存运算是很慢的，容易成为程序的性能瓶颈。减少程序与磁盘的交互，是提升程序效率一种有效手段。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冲区，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，在总数量不变的情况下，通过提高每次交互的数据量，较少了交互次数。