Java中的IO流

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Java中的IO流

引言

在Java编程中，输入输出（IO）流是处理数据流动的核心机制。无论是读取文件、网络通信还是处理用户输入，IO流都扮演着至关重要的角色。本文将深入探讨Java中的IO流，从基础概念到实际应用，帮助你全面理解并掌握这一关键技术。

前置知识

在深入学习IO流之前，你需要了解以下基础知识：

Java基础：熟悉Java的基本语法、类和对象的概念。
面向对象编程：理解继承、多态等面向对象编程的基本概念。
异常处理：了解Java中的异常处理机制，因为IO操作中经常需要处理异常。

什么是IO流？

在Java中，IO流是用于处理输入和输出的抽象概念。流可以看作是数据在程序和外部资源（如文件、网络连接、控制台等）之间的流动通道。流分为两种类型：

输入流（InputStream）：用于从外部资源读取数据到程序中。
输出流（OutputStream）：用于将程序中的数据写入到外部资源。

流的分类

Java中的IO流可以进一步细分为以下几类：

字节流（Byte Stream）：以字节为单位处理数据，适用于处理二进制数据。
字符流（Character Stream）：以字符为单位处理数据，适用于处理文本数据。
缓冲流（Buffered Stream）：通过缓冲区提高读写效率。
数据流（Data Stream）：支持基本数据类型和字符串的读写。
对象流（Object Stream）：支持对象的序列化和反序列化。

字节流与字符流

字节流

字节流以字节为单位处理数据，适用于处理二进制文件（如图片、音频、视频等）。Java提供了两个基本的字节流类：

InputStream：所有字节输入流的基类。
OutputStream：所有字节输出流的基类。

示例代码：使用字节流读取文件

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

public class ByteStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("example.txt")) {
            int data;
            while ((data = fis.read()) != -1) {
                System.out.print((char) data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

代码解释：

FileInputStream 用于从文件中读取字节数据。
read() 方法每次读取一个字节，并返回其整数值。如果读取到文件末尾，返回 -1。
try-with-resources 语句确保流在使用完毕后自动关闭，避免资源泄漏。

字符流

字符流以字符为单位处理数据，适用于处理文本文件。Java提供了两个基本的字符流类：

Reader：所有字符输入流的基类。
Writer：所有字符输出流的基类。

示例代码：使用字符流读取文件

import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class CharacterStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileReader fr = new FileReader("example.txt")) {
            int data;
            while ((data = fr.read()) != -1) {
                System.out.print((char) data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

代码解释：

FileReader 用于从文件中读取字符数据。
read() 方法每次读取一个字符，并返回其整数值。如果读取到文件末尾，返回 -1。
try-with-resources 语句确保流在使用完毕后自动关闭，避免资源泄漏。

缓冲流

缓冲流通过缓冲区提高读写效率。缓冲流在读写数据时，会先将数据存储在缓冲区中，然后再一次性读取或写入，从而减少对底层资源的访问次数。

示例代码：使用缓冲流读取文件

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class BufferedStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("example.txt"))) {
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

代码解释：

BufferedReader 用于从文件中读取文本数据，并提供缓冲功能。
readLine() 方法每次读取一行文本，并返回字符串。如果读取到文件末尾，返回 null。
try-with-resources 语句确保流在使用完毕后自动关闭，避免资源泄漏。

数据流与对象流

数据流

数据流支持基本数据类型和字符串的读写。Java提供了 DataInputStream 和 DataOutputStream 类。

示例代码：使用数据流读写数据

import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class DataStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (DataOutputStream dos = new DataOutputStream(new FileOutputStream("data.bin"))) {
            dos.writeInt(123);
            dos.writeDouble(3.14);
            dos.writeUTF("Hello, World!");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        try (DataInputStream dis = new DataInputStream(new FileInputStream("data.bin"))) {
            int intValue = dis.readInt();
            double doubleValue = dis.readDouble();
            String stringValue = dis.readUTF();

            System.out.println("Int: " + intValue);
            System.out.println("Double: " + doubleValue);
            System.out.println("String: " + stringValue);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

代码解释：

DataOutputStream 用于将基本数据类型和字符串写入文件。
DataInputStream 用于从文件中读取基本数据类型和字符串。
writeInt()、writeDouble() 和 writeUTF() 方法分别用于写入整数、双精度浮点数和字符串。
readInt()、readDouble() 和 readUTF() 方法分别用于读取整数、双精度浮点数和字符串。

对象流

对象流支持对象的序列化和反序列化。Java提供了 ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream 类。

示例代码：使用对象流序列化和反序列化对象

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;

class Person implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{name='" + name + "', age=" + age + "}";
    }
}

public class ObjectStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person("Alice", 30);

        try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("person.ser"))) {
            oos.writeObject(person);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("person.ser"))) {
            Person deserializedPerson = (Person) ois.readObject();
            System.out.println(deserializedPerson);
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}