Java I/O 深度解析-优快云博客

文章转载自：http://blog.youkuaiyun.com/zhangerqing/article/details/8466532

深入分析Java I/O 工作机制

IO是Java及众多编程语言很重要的一块，同时很多程序的瓶颈和耗时操作也都在IO这块。所以能够很好的解决IO问题对提高程序性能有很大的帮助！本章我们将要系统的对Java IO做个分析，通过理论加实践，希望读者朋友们能真正彻底的理解并且掌握了它。本章系Java之美[从菜鸟到高手演变]系列之Java IO，通过本章的学习，读者朋友们能基本了解到关于IO的很多知识。日后加以理解、分析、在项目中实践，定能灵活运用！

一、简介

IO操作面临很多问题，信息量的巨大，网络的环境等等，因为IO不仅仅是对本地文件、目录的操作，有时对二进制流、还有一部分是网络方面的资源，所以多种原因直接造成IO操作无疑是耗时且复杂多变的。Java对IO的支持是个不断的演变过程，经过了很多的优化，直到JDK1.4以后，才趋于稳定，在JDK1.4中，加入了nio类，解决了很多性能问题，虽然我们有足够的理由不去了解关于Java IO以前的情况，但是为了学好现在的类，我们还是打算去研究下，通过掌握类的优化情况来彻底理解IO的机制！Java IO主要主要在java.io包下，分为四大块近80个类：

1、基于字节操作的I/O接口：InputStream和OutputStream

2、基于字符操作的I/O接口：Writer和Reader

3、基于磁盘操作的I/O接口：File

4、基于网络操作的I/O接口：Socket（不在java.io包下）

影响 IO 性能的无非就是两大因素：数据的格式及存储的方式，前两类主要是数据格式方面的，后两个类是存储方式方面的：本地和网络。所以策划好这两个方面的活动，有助于我们合理使用 IO 。

二、基于字节的I/O操作(InputStream和OutputStream)

我们先来看看类图：

二者类似，我只详细讲解InputStream类，OutputStream留给大家自己去学习。InputStream类是个抽象类，里面核心的方法就是read()、read(byte b[])、read(byte b[], int off, int len)，这三个方法是用于读取数据的底层的方法，他们可以用来读取一下这些类型的数据：

A. 字节数组

B. String对象

C. 文件

D. 管道，从一端进入，从另一端输出

E. 流

F. internet资源

每一种数据源都有相应的InputStream子类，因为InputStream是个处于顶层的类，用来处理各种数据源的类都继承了InputStream类，我们来看看这些类：

ByteArrayInputStream：处理字节数组的类，允许将内存的缓冲区当做InputStream使用。

StringBufferInputStream：将String转换成InputStream，内部实现用的是StringBuffer。

FileInputStream：从文件中读取数据。

PipedInputStream：用于从管道中读取数据。

SequenceInputStream：将多个流对象转化成一个InputStream。

FilterInputStream：装饰器类，为其它InputStream类提供功能。

做过关于IO操作的读者知道，我们很少单独使用哪个类来实现IO操作，平时都是几个类合起来使用，这其实体现了一种装饰器模式（详见：http://blog.csdn.NET/zhangerqing）的思想，在后面的分析中我们会详细的分析。从上面的图1中我们可以看出，FilterInputStream虽说是Inputstream的子类，但它依然是BufferedInputStream、DataInputStream、LineNumberInputStream、PushbackInputStream类的父类，这四个类分别提供了最贴近我们程序员使用的方法，如：readInt() 、readInt()、readInt()等等。对于IO操作，不管是磁盘还是网络，最终都是对字节的操作，而我们平时写的程序都是字符形式的，所以在传输的过程中需要进行转换。在字符到字节的转换过程中，我们需要用到一个类：InputStreamReader。

三、基于字符的I/O操作(Writer和Reader)

Writer和Reader操作的目的就是操作字符和不是字节，和InputStream和OutputStream配合增加IO效果。通过InputStreamReader和OutputStreamReader可以进行字节和字符的转换，设计Writer和Reader的目的是国际化，使IO操作支持16位的Unicode。我把它们单独的画出来，因为要是全画的话，太大了放不下，有兴趣的TX可以在rational rose中导入其带的JDK类图看看，很过瘾的！

四、基于磁盘的I/O操作(File)

五、基于网络的I/O操作(Socket)

六、NIO

四-六部分由于时间关系，还没有整理完，后续会补出来！

七、经典IO操作

1、缓冲输入文件。

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
public class InputStreamTest {
public static String read(String filename) throws Exception {
BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(filename));
String s;
StringBuffer sb = new StringBuffer();
while ((s = br.readLine()) != null) {
sb.append(s + "\n");
}
br.close();
return sb.toString();
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
System.out.println(read("src/InputStreamTest.java"));
}
　}

这段代码是从磁盘读入 InputStreamTest.java 文件，然后转换成字符串。输出就是将源文件原样输出。

2 、从内存中读取。

import java.io.StringReader;
public class MemoryInput {
public static void main(String[] args) throws Exception {
StringReader in = new StringReader(
InputStreamTest.read("src/MemoryInput.java"));
int c;
while ((c = in.read()) != -1)
System.out.println((char) c);
}
}

read返回的是int类型的数据，所以在输出语句中用char做了强类型转换。该程序将一个一个的输出字符。

3、基本的文件输出。

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.FileWriter;
import java.io.PrintWriter;
import java.io.StringReader;
public class BasicFileOutput {
static String file = "basie.out";
public static void main(String[] args) throws Exception {
BufferedReader in = new BufferedReader(new StringReader(
InputStreamTest.read("src/BasicFileOutput.java")));
PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new FileWriter(
file)));
int lineCount = 1;
String s;
while ((s = in.readLine()) != null) {
out.println(lineCount++ + ": " + s);
}
out.close();
System.out.println(InputStreamTest.read(file));
}
}

输出：

1: import java.io.BufferedReader;

2: import java.io.BufferedWriter;

3: import java.io.FileWriter;

…

4、RandomAccessFile

RandomAccessFile被我们称为”自我独立的类”，因为它独立于我们前面说的IO类，与InputStream和OutputStream没什么关系，除了实现了DataOutput, DataInput两个接口外。所有方法都是重新编写，而且很多都是native方法，我们来看个例子，了解下这个类：

5、管道流

八、标准I/O

就是我们最原始的使用的从控制台输入或者输出的那些类和方法，如System.in、System.out等。

public class StandardIO {
public static void main(String[] args) throws IOException {
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
String s;
while ((s = in.readLine()) != null && s.length() != 0)
System.out.println(s);
}
}

九、性能分析及总结

1、一个文件读写工具类。

 
  import java.io.BufferedReader;  
 import java.io.File;  
 import java.io.FileReader;  
 import java.io.IOException;  
 import java.io.PrintWriter;  
 import java.util.ArrayList;  
 import java.util.Arrays;  
   
 /** 
  * 一个非常实用的文件操作类 . 2012-12-19 
  *  
  * @author Bruce Eckel , edited by erqing 
  *  
  */  
 public class TextFile extends ArrayList<String> {  
   
     private static final long serialVersionUID = -1942855619975438512L;  
   
     // Read a file as a String  
     public static String read(String filename) {  
         StringBuilder sb = new StringBuilder();  
         try {  
             BufferedReader in = new BufferedReader(new FileReader(new File(  
                     filename).getAbsoluteFile()));  
             String s;  
             try {  
                 while ((s = in.readLine()) != null) {  
                     sb.append(s);  
                     sb.append("\n");  
                 }  
             } finally {  
                 in.close();  
             }  
   
         } catch (IOException e) {  
             throw new RuntimeException(e);  
         }  
         return sb.toString();  
     }  
   
     // Write a single file in one method call  
     public static void write(String fileName, String text) {  
         try {  
             PrintWriter out = new PrintWriter(  
                     new File(fileName).getAbsoluteFile());  
             try {  
                 out.print(text);  
             } finally {  
                 out.close();  
             }  
         } catch (IOException e) {  
             throw new RuntimeException(e);  
         }  
     }  
   
     // Read a file,spilt by any regular expression  
     public TextFile(String fileName, String splitter) {  
         super(Arrays.asList(read(fileName).split(splitter)));  
         if (get(0).equals(""))  
             remove(0);  
     }  
   
     // Normally read by lines  
     public TextFile(String fileName) {  
         this(fileName, "\n");  
     }  
   
     public void write(String fileName) {  
         try {  
             PrintWriter out = new PrintWriter(  
                     new File(fileName).getAbsoluteFile());  
             try {  
                 for (String item : this)  
                     out.println(item);  
             } finally {  
                 out.close();  
             }  
   
         } catch (IOException e) {  
             throw new RuntimeException(e);  
         }  
   
     }  
   
     // test,I have generated a file named data.d at the root  
     public static void main(String[] args) {  
   
         /* read() test */  
         System.out.println(read("data.d")); // testing is OK!  
   
         /* write() test */  
         write("out.d", "helloworld\negg"); // testing is OK!  
   
         /* constractor test */  
         TextFile tf = new TextFile("data.d"); // testing is OK!  
   
     }  
   
 }  
 

2、读取二进制文件。

[java]view plaincopy 
   
 import java.io.BufferedInputStream;  
 import java.io.File;  
 import java.io.FileInputStream;  
 import java.io.IOException;  
   
 /** 
  * to read the binary file 
  *  
  * @author erqing 
  *  
  */  
 public class BinaryFile {  
   
     /* the parametre is a file */  
     public static byte[] read(File file) throws IOException {  
         BufferedInputStream bf = new BufferedInputStream(new FileInputStream(  
                 file));  
         try {  
             byte[] data = new byte[bf.available()];  
             bf.read(data);  
             return data;  
         } finally {  
             bf.close();  
         }  
     }  
   
     /* the param is the path of a file */  
     public static byte[] read(String file) throws IOException {  
         return read(new File(file).getAbsoluteFile());  
     }  
 }  

java io