J2SE基础-IO-字节流(位流)

字节流(位流)

计算机中的数据都是以0与1的方式来存储，如果要在两个对象/容器/之间进行数据的存取，也是以0与1位的方式来进行；Java将数据在目的地与来源之间的流动抽象化为一个流(Stream)，而流当中流动的则是位数据。流是一个数据队列。

1、InputStream和OutputStream

计算机中实际数据的流动是通过板卡/电路/线缆，而这些载体中流动的则是电流，电流的电位有低位与高位，即数字的0与1位。从程序的观点来说，通常会将数据目的地(例如内存)与来源(例如文件)之间的数据流动抽象化为一个流(Stream)，而其中流动的则是位数据，如图所示：

在Java SE中有两个类用来作流的抽象表示：java.io.InputStream与java.io.OutputStream

InputStream是所有表示位输入流（字节流）的类的父类，它是一个抽象类，继承它的子类要重新定义其中所定义的抽象方法【public abstract int read() throws IOException;】。InputStream是从装置来源地读取数据的抽象表示，例如System中的标准输入流in对象就是一个InputStream类型的实例。在Java程序开始之后，in流对象就会开启，目的是从标准输入装置中读取数据，这个装置通常是键盘或是用户定义的输入装置。

 输入流(Input Stream)的意义：用于从资源中读取数据

OutputStream是所有表示位输出流（字节流）的类的父类，它是一个抽象类。子类要重新定义其中所定义的抽象方法【public abstract void write(int b) throws IOException;】。OutputStream是用于将数据写入目的地的抽象表示。例如System中的标准输出流对象out其类型是java.io.PrintStream，这个类是OutputStream的子类(java.io.FilterOutputStream继承OutputStream， PrintStream再继承FilterOutputStream)。在程序开始之后，out流对象就会开启，可以通过out来将数据写至目的地装置，这个装置通常是屏幕显示或用户定义的输出装置。

 输出流(Output Stream)的意义：向一个目标写或者发送数据

由于InputStream和OutputStream操作的是字节，而字节是二进制数据，所以字节流可以操作任何类型的数据。

范例 StreamDemo.java

可以读取键盘输入流，in对象的read()方法一次读取一个字节的数据，读入的数据以int类型返回。所以在使用out对象将数据显示出来时，就是10进制方式。

package onlyfun.caterpillar;

import java.io.*;

public class StreamDemo { 
  public static void main(String[] args) { 
    try { 
      System.out.print("输入字符: "); 
      System.out.println("输入字符十进制表示: " + 
      System.in.read());  
    } catch(IOException e) { 
      e.printStackTrace(); 
    } 
  } 
}

执行结果：

输入字符: A
输入字符十进制表示: 65

字符A输入后由标准输入流in读取，A的位表示以十进制来看就是65，这是A字符的编码

2、FileInputStream和FileOutputStream

java.io.FileInputStream是InputStream的子类。从开头File名称上就可以知道，FileInputStream与从指定的文件中读取数据至目的地有关。

java.io.FileOutputStream是OutputStream的子类，顾名思义，FileOutputStream主要与从来源地写入数据至指定的文件中有关。

当建立一个FileInputStream或FileOutputStream的实例时，必须指定文件位置及文件名称，实例被建立时文件的流就会开启；而不使用流时，必须关闭文件流，以释放与流相依的系统资源，完成文件读/写的动作。

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。

范例  FileStreamDemo.java

使用FileInputStream与FileOutputStream的一个例子。程序可以复制文件，它会先从来源文件读取数据至一个byte数组中，然后再将byte数组的数据写入目的文件。

package onlyfun.caterpillar;
import java.io.*;
public class FileStreamDemo {
  public static void main(String[] args) {
    try {
      byte[] buffer = new byte[1024]; // 来源文件
      FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(new File(args[0]));
      // 目的文件
      FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(new File(args[1]));
      // available()可取得未读取的数据长度
      System.out.println("复制文件：" + fileInputStream.available() + "字节");
      while(true) {
        if(fileInputStream.available() < 1024) {
        // 剩余的数据比1024字节少
        // 一位一位读出再写入目的文件
        int remain = -1;
        while((remain = fileInputStream.read()) != -1) {
          fileOutputStream.write(remain);
        }
        break;
        } else {
        // 从来源文件读取数据至缓冲区
        fileInputStream.read(buffer);
        // 将数组数据写入目的文件
        fileOutputStream.write(buffer);
      }
      }
      // 关闭流
      fileInputStream.close();
      fileOutputStream.close();
      System.out.println("复制完成");
    } catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
      System.out.println("using: java FileStreamDemo src des");
      e.printStackTrace();
    } catch(IOException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}

程序中示范了两个read()方法，一个方法可以读入指定长度的数据至数组，另一个方法一次可以读入一个字节。每次读取之后，读取的光标都会往前进，如果读不到数据则返回-1，使用available()方法获得还有多少字节可以读取。除了使用File来建立FileInputStream、FileOutputStream的实例之外，也可以直接使用字符串指定路径来建立。

// 来源文件
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(args[0]);
// 目的文件
FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(args[1]);

在不使用文件流时，记得使用close()方法自行关闭流，以释放与流相依的系统资源。

执行的结果范例如下，它将FileDemo.java复制为FileDemo.txt：

java onlyfun.caterpillar.FileStreamDemo FileDemo.java FileDemo.txt
复制文件：1723字节
复制完成

FileOutputStream默认会以新建文件的方式来开启流。如果指定的文件名称已经存在，则原文件会被覆盖；如果想以附加的模式来写入文件，则可以在构建FileOutputStream实例时指定为附加模式。例如：

FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(args[1], true);

构建方法的第二个append参数如果设置为true，在开启流时如果文件不存在则会新建一个文件，如果文件存在就直接开启流，并将写入的数据附加至文件末端。

3、BufferedInputStream和BufferedOutputStream

在介绍FileInputStream和FileOutputStream的例子中，使用了一个byte数组来作为数据读入的缓冲区，以文件存取为例，硬盘存取的速度远低于内存中的数据存取速度。为了减少对硬盘的存取，通常从文件中一次读入一定长度的数据，而写入时也是一次写入一定长度的数据，这可以增加文件存取的效率。

java.io.BufferedInputStream与java.io.BufferedOutputStream可以为InputStream、OutputStream类的对象增加缓冲区功能。构建BufferedInputStream实例时，需要给定一个InputStream类型的实例，实现BufferedInputStream时，实际上最后是实现InputStream实例。同样地，在构建BufferedOutputStream时，也需要给定一个OutputStream实例，实现BufferedOutputStream时，实际上最后是实现OutputStream实例。

BufferedInputStream的数据成员buf是一个位数组，默认为2048字节。当读取数据来源时，例如文件，BufferedInputStream会尽量将buf填满。当使用read()方法时，实际上是先读取buf中的数据，而不是直接对数据来源作读取。当buf中的数据不足时，BufferedInputStream才会再实现给定的InputStream对象的read()方法，从指定的装置中提取数据，如图所示。

BufferedOutputStream的数据成员buf是一个位数组，默认为512字节。当使用write()方法写入数据时，实际上会先将数据写至buf中，当buf已满时才会实现给定的OutputStream对象的write()方法，将buf数据写至目的地，而不是每次都对目的地作写入的动作。

范例  BufferedStreamDemo.java

下面将上例做个改写，这次不用自行设置缓冲区，而使用BufferedInputStream和BufferedOutputStream让程序看来简单一些，也比较有效率。

package onlyfun.caterpillar;

import java.io.*;

public class BufferedStreamDemo {
  public static void main(String[] args) {
    try {
    byte[] data = new byte[1];
    File srcFile = new File(args[0]); 
    File desFile = new File(args[1]);
    BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(new FileInputStream(srcFile)); 
    BufferedOutputStream bufferedOutputStream = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(desFile));

    System.out.println("复制文件：" +  srcFile.length() + "字节");
    while(bufferedInputStream.read(data) != -1) { 
      bufferedOutputStream.write(data); 
    }

    // 将缓冲区中的数据全部写出 
    bufferedOutputStream.flush();

    // 关闭流 
    bufferedInputStream.close(); 
    bufferedOutputStream.close();
    System.out.println("复制完成"); 
    } catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e) { 
    System.out.println("using: java UseFileStream src des"); 
    e.printStackTrace(); 
    } catch(IOException e) { 
    e.printStackTrace(); 
    } 
  }
}

为了确保缓冲区中的数据一定被写出至目的地，建议最后执行flush()将缓冲区中的数据全部写出目的流中。这个范例的执行结果与上例是相同的。

BufferedInputStream和BufferedOutputStream并没有改变InputStream或OutputStream的行为，读入或写出时的动作还是InputStream和OutputStream负责。BufferedInputStream和BufferedOutputStream只是在操作对应的方法之前，动态地为它们加上一些额外功能(像缓冲区功能)，在这里是以文件存取流为例，实际上可以在其他流对象上也使用BufferedInputStream和BufferedOutputStream功能。

4、DataInputStream和DataOutputStream

java.io.DataInputStream和java.io.DataOutputStream可提供一些对Java基本数据类型写入的方法，像读写int、double和boolean等的方法。由于Java的数据类型大小是规定好的，在写入或读出这些基本数据类型时，就不用担心不同平台间数据大小不同的问题。

这里还是以文件存取来进行说明。有时只是要存储一个对象的成员数据，而不是整个对象的信息，成员数据的类型假设都是Java的基本数据类型，这样的需求不必要使用到与Object输入、输出相关的流对象，可以使用DataInputStream、DataOutputStream来写入或读出数据。

下面使用范例来介绍如何使用DataInputStream与DataOutputStream。

先设计一个Member类。

范例 Member.java

package onlyfun.caterpillar;
public class Member {
    private String name;
    private int age;
    public Member() {
    }
    public Member(String name, int age) {
      this.name = name;
      this.age = age;
    }
    public void setName(String name) {
      this.name = name;
    }
    public void setAge(int age) {
      this.age = age;
    }
    public String getName() {
      return name;
    }
    public int getAge() {
      return age;
    }
}

 

打算将Member类实例的成员数据写入文件中，并打算在读入文件数据后，将这些数据还原为Member对象。

下例简单示范了如何实现这个需求。

范例 DataStreamDemo.java

package onlyfun.caterpillar;

import java.io.*;

public class DataStreamDemo {
    public static void main(String[] args) {
      Member[] members = { new Member("Justin", 90),  new Member("momor", 95),  new Member("Bush", 88) }; 
      try { 
        DataOutputStream dataOutputStream =  new DataOutputStream(new FileOutputStream(args[0])); 

        for(Member member : members) { 
          // 写入UTF字符串
          dataOutputStream.writeUTF(member.getName()); 
          // 写入int数据
          dataOutputStream.writeInt(member.getAge()); 
        } 
        // 读出所有数据至目的地
        dataOutputStream.flush(); 
        // 关闭流
        dataOutputStream.close(); 

        DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(new FileInputStream(args[0])); 
        // 读出数据并还原为对象
        for(int i = 0; i < members.length; i++) { 
          // 读出UTF字符串
          String name = dataInputStream.readUTF(); 
          // 读出int数据
          int score = dataInputStream.readInt();
          members[i] = new Member(name, score); 
        } 
        // 关闭流
        dataInputStream.close(); // 显示还原后的数据
        for(Member member : members) { 
          System.out.printf("%s\t%d%n", 
          member.getName(), member.getAge());
        } 
      } catch(IOException e) { 
        e.printStackTrace(); 
      } 
    }
}

 

在从文件中读出数据时，不用费心地自行判断读入字符串时或读入int类型时何时该停止，使用对应的 readUTF() 或 readInt() 方法就可以正确地读入完整类型数据。同样地，DataInputStream、DataOutputStream并没有改变InputStream或OutputStream的行为，读入或写出时的动作还是InputStream、OutputStream负责。DataInputStream、DataOutputStream只是在实现对应的方法时，动态地为它们加上类型判断功能，在这里虽然是以文件存取流为例，实际上可以在其他流对象上也使用DataInputStream、DataOutputStream功能。

注：本文主体参考以前看过的一篇博文，但是时间太长，不知道最初出处，谢谢这位原作者，特此声明！