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【JAVA IO 详细介绍】

java 2023-10-26 11:10:50 665人浏览八月长安

摘要

JAVA io 详细介绍目录一、什么是IO？1.1 IO的介绍1.2 流的介绍1.2.1 流的特征1.2.2 数据流的特征1.2.3 输入流的特征1.2.4 输出流的特征二、

JAVA io 详细介绍

IO是指对数据流的输入和输出，也称为IO流。Java所有的I/O机制都是基于数据流进行输入输出，这些数据流表示了字符或者字节数据的流动序列。Java的I/O流提供了读写数据的标准方法。任何Java中表示数据源的对象都会提供以数据流的方式读写它的数据的方法。

1.2 流的介绍

1.2.1 流的特征

IO流的好处是简单易用，缺点是效率较低。

1.2.2 数据流的特征

数据流是一组有序，有起点和终点的字节的数据序列（如图），它包括输入流和输出流。
在这里插入图片描述

1.2.3 输入流的特征

输入流是程序从输入流读取数据源。数据源包括外界(键盘、文件、网络…)，即是将数据源读入到程序的通信通道。比较通俗的来讲就是外部的文件通过输入流，传入到咱们的程序当中，程序去读取输入流内容（如图）。
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1.2.4 输出流的特征

输出流是程序向输出流写入数据。将程序中的数据输出到外界（显示器、打印机、文件、网络…）的通信通道。比较通俗的来讲就是程序中的内容通过输出流，输出给外部（如图）。
在这里插入图片描述

二、Java IO类库的框架

2.1 Java IO的类型

通过第一点描述得知，其实Java的IO类库总体来说其实并不复杂。从是读写的的维度看，Java IO可以分为

输入流：InputStream和Reader
输出流：OutputStream和Writer

从其处理流的类型的维度上看，Java IO又可以分为：

字节流：InputStream和OutputStream
字符流：Reader和Writer

下面这幅图就清晰的描述了JavaiO的分类：

	字节流	字符流
输入流	InputStream	Reader
输出流	OutputStream	Writer

2.2 Java IO的类库

上面我们介绍了Java IO中的四各类：InputStream、OutputStream、Reader、Writer，其实在我们的实际应用中，我们用到的一般是它们的子类，之所以设计这么多子类，目的就是让每一个类都负责不同的功能，以方便我们开发各种应用。各类用途汇总如下：

文件访问
网络访问
内存缓存访问
线程内部通信(管道)
缓冲
过滤
解析
读写文本 (Readers / Writers)
读写基本类型数据 (long, int etc.)
读写对象

下面按I/O类型来总体分类：

Memory ：
（1）从/向内存数组读写数据: CharArrayReader、 CharArrayWriter、ByteArrayInputStream、ByteArrayOutputStream
（2）从/向内存字符串读写数据 StringReader、StringWriter、StringBufferInputStream
Pipe管道：实现管道的输入和输出（进程间通信）: PipedReader、PipedWriter、PipedInputStream、PipedOutputStream
File 文件流：对文件进行读、写操作：FileReader、FileWriter、FileInputStream、FileOutputStream
ObjectSerialization 对象输入、输出：ObjectInputStream、ObjectOutputStream
DataConversion数据流：按基本数据类型读、写（处理的数据是Java的基本类型（如布尔型，字节，整数和浮点数））：DataInputStream、DataOutputStream
Printing：包含方便的打印方法：PrintWriter、PrintStream
Buffering缓冲：在读入或写出时，对数据进行缓存，以减少I/O的次数：BufferedReader、BufferedWriter、BufferedInputStream、BufferedOutputStream
Filtering 滤流：在数据进行读或写时进行过滤：FilterReader、FilterWriter、FilterInputStream、FilterOutputStream
Concatenation合并输入：把多个输入流连接成一个输入流：SequenceInputStream
Counting计数 ：在读入数据时对行记数：LineNumberReader、LineNumberInputStream
Peeking Ahead：通过缓存机制，进行预读：PushbackReader、PushbackInputStream
Converting between Bytes and Characters：按照一定的编码/解码标准将字节流转换为字符流，或进行反向转换（Stream到Reader,Writer的转换类）：InputStreamReader、OutputStreamWriter

下面就以这张图来大体了解一下这些类的继承关系
在这里插入图片描述

三、Java IO的基本用法

3.1 字节流InputStream/OutputStream

3.1.1 InputStream抽象类

InputStream 为字节输入流，它本身为一个抽象类，必须依靠其子类实现各种功能。继承自InputStream 的流都是向程序中输入数据的，且数据单位为字节（8bit），InputStream是输入字节数据用的类，所以InputStream类提供了3种重载的read方法.以下是Inputstream类中的常用方法：

public abstract int read( )：读取一个byte的数据，返回值是高位补0的int类型值。若返回值=-1说明没有读取到任何字节读取工作结束。
public int read(byte b[ ])：读取b.length个字节的数据放到b数组中。返回值是读取的字节数。该方法实际上是调用下一个方法实现的。
public int read(byte b[ ], int off, int len)：从输入流中最多读取len个字节的数据，存放到偏移量为off的b数组中。
public int available( )：返回输入流中可以读取的字节数。注意：若输入阻塞，当前线程将被挂起，如果InputStream对象调用这个方法的话，它只会返回0，这个方法必须由继承InputStream类的子类对象调用才有用。
public long skip(long n)：忽略输入流中的n个字节，返回值是实际忽略的字节数, 跳过一些字节来读取。
public int close( ) ：我们在使用完后，必须对我们打开的流进行关闭。

主要的子类：在这里插入图片描述

3.1.2 OutputStream抽象类

OutputStream提供了3个write方法来做数据的输出，这个是和InputStream是相对应的。

public void write(byte b[ ])：将参数b中的字节写到输出流。
public void write(byte b[ ], int off, int len) ：将参数b的从偏移量off开始的len个字节写到输出流。
public abstract void write(int b) ：先将int转换为byte类型，把低字节写入到输出流中。
public void flush( ) : 将数据缓冲区中数据全部输出，并清空缓冲区。
public void close( ) : 关闭输出流并释放与流相关的系统资源。

主要的子类：
在这里插入图片描述

3.1.3 文件输入流：FileInputStream类

FileInputStream可以使用read()方法一次读入一个字节，并以int类型返回，或者是使用read()方法时读入至一个byte数组，byte数组的元素有多少个，就读入多少个字节。在将整个文件读取完成或写入完毕的过程中，这么一个byte数组通常被当作缓冲区，因为这么一个byte数组通常扮演承接数据的中间角色。

例：用字节流去读文件

    public static void main(String[] args) throws Exception {        //在E盘中新建一个Test.txt文件，内容填入 “hello China！”        File file = new File("E:\\Test.txt");        byte[] byteArray = new byte[(int) file.length()];        //因为媒介对象是文件，所以用到子类是FileInputStream        InputStream is = new FileInputStream(file);        int size = is.read(byteArray);        System.out.println("大小:" + size + ";内容:" + new String(byteArray));        //输出为：大小:14;内容:hello China！        is.close();    }

3.1.4 文件输出流：FileOutputStream类

用来处理以文件作为数据输出目的数据流；或者说是从内存区读数据入文件

例：用字节流去写文件

    public static void main(String[] args) throws Exception {        String hello = "hello China!";        byte[] byteArray = hello.getBytes();        File file = new File("E:/Test.txt");        //因为媒介对象是文件，所以用到子类是FileOutputStream        OutputStream os = new FileOutputStream(file);        os.write(byteArray);        //执行后，观察E盘是否新建了一个Test.txt的文本文件，文件内容为"hello China!"        os.close();    }

3.1.5 缓冲输入输出流 BufferedInputStream/ BufferedOutputStream

   在第一大点有提到就是流它的读取效率是比较低的，原始的InputStream对数据读取的过程都是一个字节一个字节操作的，而BufferedInputStream在其内部提供了一个buffer，在读数据时，会一次读取一大块数据到buffer中，这样比单字节的操作效率要高的多，特别是进程磁盘IO和对大量数据进行读写的时候。所以BufferedInputStream顾名思义，就是在对流进行写入时提供一个buffer来提高IO效率。
   BufferedInputStream: BufferedInputStream比FileInputStream多了一个缓冲区。它提供了一个缓冲数组，每次调用read方法的时候，它首先尝试从缓冲区里读取数据，若读取失败（缓冲区无可读数据），则选择从物理数据源（譬如文件）读取新数据（这里会尝试尽可能读取多的字节）放入到缓冲区中，最后再将缓冲区中的内容部分或全部返回给用户.由于从缓冲区里读取数据远比直接从物理数据源（譬如文件）读取速度快。BufferedInputStream的默认缓冲区大小是8192字节。当每次读取的数据量很小时，FileInputStream每次都是从硬盘读入，而BufferedInputStream大部分是从缓冲区读入。读取内存速度比读取硬盘速度快得多，因此BufferedInputStream效率高.
   使用BufferedInputStream十分简单，只要把普通的输入流和BufferedInputStream组合到一起即可。我们把上面的例子改造成用BufferedInputStream进行读文件，请看下面例子：

    public static void main(String[] args) throws Exception {        //在E盘中新建一个Test.txt文件，内容填入 “hello China！”        File file = new File("E:\\Test.txt");        byte[] byteArray = new byte[(int) file.length()];        //可以在构造参数中传入buffer大小        InputStream is = new BufferedInputStream( new FileInputStream(file),2*1024);        int size = is.read(byteArray);        System.out.println("大小:" + size + ";内容:" + new String(byteArray));        //输出为：大小:14;内容:hello China！        is.close();    }

BufferedOutputStream进行写文件，同理，请看下面例子：

    public static void main(String[] args) throws Exception {        String hello = "hello China!";        byte[] byteArray = hello.getBytes();        File file = new File("E:/Test.txt");        //可以在构造参数中传入buffer大小        OutputStream os = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(file),2*1024);        os.write(byteArray);        //执行后，观察E盘是否新建了一个Test.txt的文本文件，文件内容为"hello China!"        os.close();    }

备注：关于如何设置buffer的大小，我们应根据我们的硬件状况来确定。对于磁盘IO来说，如果硬盘每次读取4KB大小的文件块，那么我们最好设置成这个大小的整数倍。因为磁盘对于顺序读的效率是特别高的，所以如果buffer再设置的大写可能会带来更好的效率，比如设置成44KB或84KB。
还需要注意一点的就是磁盘本身就会有缓存，在这种情况下，BufferedInputStream会一次读取磁盘缓存大小的数据，而不是分多次的去读。所以要想得到一个最优的buffer值，我们必须得知道磁盘每次读的块大小和其缓存大小，然后根据多次试验的结果来得到最佳的buffer大小。

3.2 字符流Writer/Reader

3.2.1 Reader抽象类

Reader是用于读取字符流的抽象类。子类必须实现的方法只有 read(char[], int, int) 和 close()。但是，多数子类将重写此处定义的一些方法，以提供更高的效率和/或其他功能。

主要的子类：
在这里插入图片描述
例：用字符流去读文件

    public static void main(String[] args) throws Exception{        //在E盘中新建一个Test.txt文件，内容填入 “hello China！”        File file = new File("E:\\Test.txt");        //因为媒介对象是文件，所以用到子类是FileReader        Reader reader= new FileReader(file);        char [] byteArray= new char[(int) file.length()];        int size= reader.read( byteArray);        System. out.println("大小:"+size +";内容:" +new String(byteArray));        //输出为：大小:14;内容:hello China！        reader.close();    }

3.2.2 Writer抽象类

写入字符流的抽象类。子类必须实现的方法仅有 write(char[], int, int)、flush() 和 close()。但是，多数子类将重写此处定义的一些方法，以提供更高的效率和/或其他功能。

主要的子类：
在这里插入图片描述
例：用字符流去写文件

    public static void main(String[] args)  throws Exception{        String hello= new String("hello China！");        File file= new File("E:\\Test.txt");        //因为是用字符流来读媒介，所以对应的是Writer，又因为媒介对象是文件，所以用到子类是FileWriter        Writer os= new FileWriter(file);        os.write(hello);        //执行后，观察E盘是否新建了一个Test.txt的文本文件，文件内容为"hello China!"        os.close();    }

3.2.3 BufferedReader和BufferedWriter

BufferedReader、BufferedWriter 的作用基本和BufferedInputStream、BufferedOutputStream一致，具体用法和原理都差不多，只不过一个是面向字符流一个是面向字节流。同样，我们将改造字符流中的例4，给其加上buffer功能，例：

    public static void main(String[] args)  throws Exception{        String hello= new String( "hello China！");        File file= new File( "E:\\Test.txt");        //因为是用字符流来读媒介，所以对应的是Writer，又因为媒介对象是文件，所以用到子类是FileWriter        Writer os= new BufferedWriter(new FileWriter(file));        os.write( hello);        //执行后，观察E盘是否新建了一个Test.txt的文本文件，文件内容为"hello China!"        os.close();    }

四、如何选择IO流？

4.1 字节流与字符流的区别？

想要选择用哪种IO流，首先，肯定是要先区分字节流与字符流之间的差异，以下是我总结几点：

字节流和字符流的用法几乎完成全一样，区别在于字节流和字符流所操作的数据单元不同，字节流操作的单元是数据单元是8位的字节，字符流操作的是数据单元为16位的字符。
字节流一般用来处理图像、视频、音频、PPT、Word等类型的文件。字符流一般用于处理纯文本类型的文件，如TXT文件等，但不能处理图像视频等非文本文件。用一句话说就是：字节流可以处理一切文件，而字符流只能处理纯文本文件。
字节流本身没有缓冲区，缓冲字节流相对于字节流，效率提升非常高。而字符流本身就带有缓冲区，缓冲字符流相对于字符流效率提升就不是那么大了。

4.2 确定是数据源和数据目的（输入还是输出）

输入：InputStream、Reader
输出：OutputStream、Writer

4.3 明确操作的数据对象是否是纯文本

纯文本：Reader，Writer
非纯文本：InputStream，OutputStream

五、如何关闭流？

5.1 必须关闭的流

当我们新建一个java流对象之后，不仅在内存中创建了一个相应类的实例对象，而且还占用了相应的系统资源，比如：文件句柄、端口、网络连接等。在内存中的实例对象，当没有引用指向的时候，java垃圾收集器会按照相应的策略自动回收，但是却无法对系统资源进行释放。所以，我们需要主动调用close()方法释放java流对象。在java7之后，可以使用try-with-resources语句来释放java流对象，从而避免了try-catch-finally语句的繁琐，尤其是在finally子句中，close()方法也会抛出异常。

关闭流通用写法：

OutputStream out = null;try {out = new FileOutputStream("");// ...操作流代码} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {try {if (out != null) {out.close();}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}

5.2 内存流可以不用关闭

   有些stream是不需要关闭的，比如ByteArrayOutputStream、ByteArrayIntputStream, StringWriter，点进ByteArrayOutputStream的close（）方法发现，里面实现代码是空的，如图：
在这里插入图片描述
   为什么会这样呢？因为ByteArrayOutputStream内部实现是一个byte[]数组，也就是基于内存的字节数据访问，并没有占有文件句柄、端口、网络连接，就算不关闭，用完之后垃圾回收器也会回收。即然是操作内存，就要考虑内存大小，如果字节流太大就要考虑内存溢出。
   但是，我这边还是建议，只要是流，我们就给他关闭以下，反正不吃亏，万一那天记混了，线上环境报错吃亏的就是咱们了！