Java IO

本文详细介绍了Java中的IO流概念及分类,包括字节流与字符流的区别,输入流与输出流的应用,以及Java中各类流对象的作用和使用场景。特别强调了流在数据传输中的重要作用。

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流的概念和作用
流是一组有顺序的,有起点和终点的字节集合,是对数据传输的总称或抽象。即数据在两设备间的传输称为流,流的本质是数据传输,根据数据传输特性将流抽象为各种类,方便更直观的进行数据操作。 


IO流的分类
根据处理数据类型的不同分为:字符流和字节流
根据数据流向不同分为:输入流和输出流
 
字符流和字节流
字符流的由来: 因为数据编码的不同,而有了对字符进行高效操作的流对象。本质其实就是基于字节流读取时,去查了指定的码表。 字节流和字符流的区别:

读写单位不同:字节流以字节(8bit)为单位,字符流以字符为单位,根据码表映射字符,一次可能读多个字节。
处理对象不同:字节流能处理所有类型的数据(如图片、avi等),而字符流只能处理字符类型的数据。
结论:只要是处理纯文本数据,就优先考虑使用字符流。 除此之外都使用字节流。

 
输入流和输出流
对输入流只能进行读操作,对输出流只能进行写操作,程序中需要根据待传输数据的不同特性而使用不同的流。  

Java IO流对象

InputStream 是所有的输入字节流的父类,它是一个抽象类。
ByteArrayInputStream、StringBufferInputStream、FileInputStream 是三种基本的介质流,它们分别从Byte 数组、StringBuffer、和本地文件中读取数据。PipedInputStream 是从与其它线程共用的管道中读取数据,与Piped 相关的知识后续单独介绍。
ObjectInputStream 和所有FilterInputStream 的子类都是装饰流(装饰器模式的主角)。
 
2.输出字节流OutputStream

OutputStream 是所有的输出字节流的父类,它是一个抽象类。
ByteArrayOutputStream、FileOutputStream 是两种基本的介质流,它们分别向Byte 数组、和本地文件中写入数据。PipedOutputStream 是向与其它线程共用的管道中写入数据,
ObjectOutputStream 和所有FilterOutputStream 的子类都是装饰流。
 
3.字节流的输入与输出的对应

LineNumberInputStream 主要完成从流中读取数据时,会得到相应的行号,至于什么时候分行、在哪里分行是由改类主动确定的,并不是在原始中有这样一个行号。在输出部分没有对应的部分,我们完全可以自己建立一个LineNumberOutputStream,在最初写入时会有一个基准的行号,以后每次遇到换行时会在下一行添加一个行号,看起来也是可以的。好像更不入流了。
PushbackInputStream 的功能是查看最后一个字节,不满意就放入缓冲区。主要用在编译器的语法、词法分析部分。输出部分的BufferedOutputStream 几乎实现相近的功能。
StringBufferInputStream 已经被Deprecated,本身就不应该出现在InputStream 部分,主要因为String 应该属于字符流的范围。已经被废弃了,当然输出部分也没有必要需要它了!还允许它存在只是为了保持版本的向下兼容而已。
SequenceInputStream 可以认为是一个工具类,将两个或者多个输入流当成一个输入流依次读取。完全可以从IO 包中去除,还完全不影响IO 包的结构,却让其更“纯洁”――纯洁的Decorator 模式。
PrintStream 也可以认为是一个辅助工具。主要可以向其他输出流,或者FileInputStream 写入数据,本身内部实现还是带缓冲的。本质上是对其它流的综合运用的一个工具而已。一样可以踢出IO 包!System.out 和System.out 就是PrintStream 的实例!
 
4.字符输入流Reader

Reader 是所有的输入字符流的父类,它是一个抽象类。
CharReader、StringReader 是两种基本的介质流,它们分别将Char 数组、String中读取数据。PipedReader 是从与其它线程共用的管道中读取数据。
BufferedReader 很明显就是一个装饰器,它和其子类负责装饰其它Reader 对象。
FilterReader 是所有自定义具体装饰流的父类,其子类PushbackReader 对Reader 对象进行装饰,会增加一个行号。
InputStreamReader 是一个连接字节流和字符流的桥梁,它将字节流转变为字符流。FileReader 可以说是一个达到此功能、常用的工具类,在其源代码中明显使用了将FileInputStream 转变为Reader 的方法。我们可以从这个类中得到一定的技巧。Reader 中各个类的用途和使用方法基本和InputStream 中的类使用一致。后面会有Reader 与InputStream 的对应关系。
 
5.字符输出流Writer


Writer 是所有的输出字符流的父类,它是一个抽象类。
CharArrayWriter、StringWriter 是两种基本的介质流,它们分别向Char 数组、String 中写入数据。PipedWriter 是向与其它线程共用的管道中写入数据,
BufferedWriter 是一个装饰器为Writer 提供缓冲功能。
PrintWriter 和PrintStream 极其类似,功能和使用也非常相似。
OutputStreamWriter 是OutputStream 到Writer 转换的桥梁,它的子类FileWriter 其实就是一个实现此功能的具体类(具体可以研究一SourceCode)。功能和使用和OutputStream 极其类似,后面会有它们的对应图。
 
6.字符流的输入与输出的对应

7.字符流与字节流转换
转换流的特点:

其是字符流和字节流之间的桥梁
可对读取到的字节数据经过指定编码转换成字符
可对读取到的字符数据经过指定编码转换成字节
何时使用转换流?

当字节和字符之间有转换动作时;
流操作的数据需要编码或解码时。
具体的对象体现:

InputStreamReader:字节到字符的桥梁
OutputStreamWriter:字符到字节的桥梁
这两个流对象是字符体系中的成员,它们有转换作用,本身又是字符流,所以在构造的时候需要传入字节流对象进来。
 
8.File类
File类是对文件系统中文件以及文件夹进行封装的对象,可以通过对象的思想来操作文件和文件夹。 File类保存文件或目录的各种元数据信息,包括文件名、文件长度、最后修改时间、是否可读、获取当前文件的路径名,判断指定文件是否存在、获得当前目录中的文件列表,创建、删除文件和目录等方法。  

9.RandomAccessFile类
该对象并不是流体系中的一员,其封装了字节流,同时还封装了一个缓冲区(字符数组),通过内部的指针来操作字符数组中的数据。 该对象特点:

该对象只能操作文件,所以构造函数接收两种类型的参数:a.字符串文件路径;b.File对象。
该对象既可以对文件进行读操作,也能进行写操作,在进行对象实例化时可指定操作模式(r,rw)
注意:该对象在实例化时,如果要操作的文件不存在,会自动创建;如果文件存在,写数据未指定位置,会从头开始写,即覆盖原有的内容。 可以用于多线程下载或多个线程同时写数据到文件。
<think>好的,我现在需要处理用户关于Java IO的问题。用户希望了解Java IO的概念或者解决相关问题,特别是询问教程和故障排除的方法。首先,我得回顾一下Java IO的基础知识,确保自己理解正确,然后组织回答的结构。 首先,Java IO主要涉及输入输出流,用于处理数据的读写。核心包是java.io,里面有很多类,比如File、InputStream、OutputStream、Reader、Writer等。用户可能需要知道这些类的层次结构和使用方法。 接下来,常见的IO操作包括文件读写、网络通信、序列化等。比如,FileInputStream和FileOutputStream用于字节流,而FileReader和FileWriter用于字符流。缓冲流(BufferedInputStream等)可以提高效率,这部分应该提到。 然后,异常处理是Java IO中很重要的一部分,比如IOException,需要正确处理try-with-resources来自动关闭流,避免资源泄漏。这部分用户可能在故障排除时会遇到问题,比如未正确关闭流导致文件锁定或资源耗尽。 关于教程,Oracle的官方文档是权威资源,应该引用。比如引用[3]提到了JSP的信息,但用户需要的是IO的教程,可能需要检查是否有其他引用相关。不过用户给出的引用中,引用[1]是关于JDK 7的故障排除工具,可能和调试IO问题相关,比如使用jdb进行调试。引用[5]提到字节码信息,可能和IO关系不大,但故障排除时可能需要查看异常堆栈,这可能涉及字节码或类加载的问题。 对于故障排除,常见问题包括文件路径错误、权限问题、字符编码不一致导致的乱码,或者流未正确关闭。比如,文件找不到可能是因为相对路径的当前工作目录与预期不符,或者文件被其他进程占用。这时候需要检查路径是否正确,是否有读取权限,使用绝对路径测试,或者使用工具如Process Explorer查看文件句柄。 此外,NIO(New IO)在Java 1.4引入,提供了非阻塞IO和通道等高效处理方式,用户可能也需要了解NIO和传统IO的区别,比如使用Channel和Buffer的方式,或者使用Files类简化操作。 在组织回答时,需要分步骤讲解,比如先介绍核心概念,然后常见操作,接着是故障排除技巧,最后提供学习资源和相关工具。同时,生成的问题要围绕Java IO的进一步学习,比如NIO、性能优化、常见异常处理等。 需要确保回答中的LaTeX格式正确,比如类名和方法名可能需要用代码块,而数学表达式则用$...$。例如,文件路径的转义可能需要讨论,比如在字符串中使用反斜杠需要转义,写成`"C:\\\\path\\\\to\\\\file"`,但这里可能不需要数学表达式,所以可能不需要用到LaTeX的公式部分。 检查用户提供的引用,是否有与IO相关的资源。引用[4]是关于安卓USB驱动的,可能不相关。引用[2]关于反射,可能也不直接相关,但故障排除时可能会用到反射来检查类路径或资源加载,这可能间接相关,但可能不需要特别提到。 总结回答结构: 1. Java IO核心概念:流、字节流与字符流、缓冲流、NIO。 2. 常见操作:文件读写示例代码。 3. 故障排除:常见问题及解决方法,如路径、权限、编码、资源泄漏。 4. 学习资源:官方教程、工具(如jdb)。 5. 相关问题:如何选择IO和NIO,处理大文件,字符编码问题,关闭资源方法,常见异常处理。 需要确保回答中的引用正确,比如引用[1]关于JDK工具,可能在故障排除时使用jdb或者jstack等工具分析问题,可以提到。引用[3]的链接虽然是JSP,但Oracle的Java EE教程可能包含IO相关内容,需要检查链接是否有效,但用户提供的链接可能已失效,需要注意。不过用户给出的引用可能有误,比如引用[3]的网址是javaee.github.io,可能是正确的,但需要确认是否有IO相关部分。 最后,代码示例需要正确,比如使用try-with-resources来读取文件,展示正确的异常处理方式。同时,确保所有技术术语准确,例如InputStreamReader处理字符编码,BufferedReader提高读取效率。 可能的问题点:用户提供的引用中是否有直接关于Java IO的内容?引用[1]提到JDK工具,可以用于调试IO问题,比如使用jdb调试应用程序,或者在出现IO异常时分析线程状态。引用[5]关于字节码信息,可能与IO问题关系不大,但类加载时找不到资源文件可能会涉及,需要看具体情况。 因此,在故障排除部分,可以建议使用JDK工具如jstack检查是否有线程阻塞在IO操作,或者使用jdb进行调试,引用[1]。同时,处理资源泄漏时,可以使用try-with-resources来自动关闭流,这是Java 7的特性,可能需要提到。 综上所述,回答的结构应该是先介绍核心概念,然后示例代码,接着故障排除步骤,引用相关资源,最后生成相关问题。</think>### Java IO 概念与问题排查指南 #### 一、核心概念 Java IO(输入输出)用于处理数据读写,核心包为 `java.io`,主要分为两类: 1. **字节流**:处理二进制数据,基类为 `InputStream` 和 `OutputStream`,例如 `FileInputStream` 和 `BufferedOutputStream`。 2. **字符流**:处理文本数据,基类为 `Reader` 和 `Writer`,例如 `FileReader` 和 `BufferedWriter`。 3. **NIO(New IO)**:Java 1.4 引入,通过 `Channel` 和 `Buffer` 实现高效非阻塞操作,例如 `Files.readAllLines()`[^1]。 #### 二、常见操作示例 1. **文件读取(字符流)**: ```java try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("test.txt"))) { String line; while ((line = reader.readLine()) != null) { System.out.println(line); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } ``` 2. **文件写入(字节流)**: ```java try (OutputStream out = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("output.dat"))) { out.write("Hello".getBytes()); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } ``` #### 三、故障排查技巧 1. **文件路径问题** - 使用绝对路径或检查工作目录:`System.getProperty("user.dir")`。 - 路径分隔符兼容性:使用 `File.separator` 替代硬编码的 `/` 或 `\`。 2. **权限与资源占用** - 确认文件可读/写:`file.canRead()` 和 `file.canWrite()`。 - 确保流正确关闭:使用 **try-with-resources**(Java 7+)避免资源泄漏。 3. **字符编码问题** - 指定编码格式:例如 `new InputStreamReader(new FileInputStream("file.txt"), StandardCharsets.UTF_8)`。 4. **调试工具** - 使用 `jdb`(Java Debugger)追踪 IO 异常堆栈[^1]。 - 通过 `jstack` 分析线程阻塞(如网络 IO 超时)。 #### 四、学习资源 1. **官方教程** - [Oracle Java IO 教程](https://docs.oracle.com/javase/tutorial/essential/io/)(涵盖基础与 NIO)。 2. **进阶内容** - Java NIO.2(Java 7+)的 `Path` 和 `Files` 类[^3]。
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