Java的IO操作

wangqiang6028

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本篇日志主要讲述与IO相关的内容，对视频中的知识点进行归纳、总结、扩充。同时列举几个简单的例子。

IO流的分类

Java的IO主要包含三个部分：

流式部分――IO的主体部分；
非流式部分――主要包含一些辅助流式部分的类，如：File 类、RandomAccessFile类和FileDescriptor等类；
文件读取部分的与安全相关的类，如：SerializablePermission类。以及与本地操作系统相关的文件系统的类；

流式部分可以概括为：两个对应一个桥梁。两个对应指：

字节流（Byte Stream）和字符流（Char Stream）的对应；
输入和输出的对应。一个桥梁指：从字节流到字符流的桥梁。对应于输入和输出为InputStreamReader和 OutputStreamWriter。

在流的具体类中又可以具体分为：

介质流（Media Stream或者称为原始流Raw Stream）――主要指一些基本的流，他们主要是从具体的介质上，如：文件、内存缓冲区（Byte数组、Char数组、StringBuffer对象）等，读取数据；
过滤流（Filter Stream）――主要指所有FilterInputStream/FilterOutputStream和FilterReader /FilterWriter的子类，主要是对其包装的类进行某些特定的处理，如：缓存等。

Java IO流对象

1、输入字节流InputStream

下面是IO中输入字节流的继承图。

在上面的关系图中可以看出：
1、InputStream是所有的输入字节流的父类，它是一个抽象类。
2、 ByteArrayInputStream、StringBufferInputStream、FileInputStream是三种基本的介质流，它们分别将Byte数组、StringBuffer、和本地文件中读取数据。
3、 ObjectInputStream和所有FilterInputStream的子类都是装饰流（装饰器模式的主角）。下表列出了这些流的功能及如何使用它们。

基本输入字节流：

类	功能	构造及使用
ByteArrayInputStream	将内存中的Byte数组适配为一个InputStream。	从内存中的Byte数组创建该对象（2种方法）一般作为数据源，会使用其它装饰流提供额外的功能，一般都建议加个缓冲功能。
StringBufferInputStream	将内存中的字符串适配为一个InputStream。	从一个String对象创建该对象。底层的实现使用StringBuffer。该类被Deprecated。主要原因是StringBuffer不应该属于字节流，所以推荐使用StringReader。一般作为数据源，同样会使用其它装饰器提供额外的功能。
FileInputStream	最基本的文件输入流。主要用于从文件中读取信息。	通过一个代表文件路径的 String、File对象或者 FileDescriptor对象创建。一般作为数据源，同样会使用其它装饰器提供额外的功能。
PipedInputStream	读取从对应PipedOutputStream写入的数据。在流中实现了管道的概念。	利用对应的PipedOutputStream创建。在多线程程序中作为数据源，同样会使用其它装饰器提供额外的功能。
SequenceInputStream	将2个或者多个InputStream 对象转变为一个InputStream。	使用两个InputStream 或者内部对象为InputStream 的Enumeration对象创建该对象。一般作为数据源，同样会使用其它装饰器提供额外的功能。
FilterInputStream	给其它被装饰对象提供额外功能的抽象类。	主要子类见下表

装饰、输入字节流：

类	功能	构造及使用
DataInputStream	一般和DataOutputStream配对使用,完成基本数据类型的读写。	利用一个InputStream构造。提供了大量的读取基本数据类新的读取方法。
BufferedInputStream	使用该对象阻止每次读取一个字节都会频繁操作IO。将字节读取一个缓存区，从缓存区读取。	利用一个InputStream、或者带上一个自定义的缓存区的大小构造。使用InputStream的方法读取，只是背后多一个缓存的功能。设计模式中透明装饰器的应用。
LineNumberInputStream	跟踪输入流中的行号。可以调用getLineNumber( )和 setLineNumber(int)方法得到和设置行号。	利用一个InputStream构造。紧紧增加一个行号。可以象使用其它InputStream一样使用。
PushbackInputStream	可以在读取最后一个byte 后将其放回到缓存中。	利用一个InputStream构造。一般仅仅会在设计compiler的scanner 时会用到这个类。在我们的java语言的编译器中使用它。很多程序员可能一辈子都不需要。

1、输出字节流OutputStream

下面是IO中输出字节流的继承图。

在上面的关系图中可以看出：
1、OutputStream是所有的输出字节流的父类，它是一个抽象类；
2、 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；
3、 ObjectOutputStream和所有FilterOutputStream的子类都是装饰流。下表列出了输出字节流的功能及如何使用它们。

类	功能	构造及使用
ByteArrayOutputStream	在内存中创建一个buffer。所有写入此流中的数据都被放入到此buffer中。	无参或者使用一个可选的初始化buffer的大小的参数构造。一般将其和FilterOutputStream套接得到额外的功能。建议首先和BufferedOutputStream套接实现缓冲功能。通过toByteArray方法可以得到流中的数据。
FileOutputStream	将信息写入文件中。	使用代表文件路径的String、File对象或者 FileDescriptor对象创建。还可以加一个代表写入的方式是否为append的标记。一般将其和FilterOutputStream套接得到额外的功能。
PipedOutputStream	任何写入此对象的信息都被放入对应PipedInputStream 对象的缓存中，从而完成线程的通信，实现了“管道”的概念。具体在后面详细讲解。	利用PipedInputStream构造。在多线程程序中数据的目的地的。一般将其和FilterOutputStream套接得到额外的功能。
FilterOutputStream	实现装饰器功能的抽象类。为其它OutputStream对象增加额外的功能。	主要子类见下表

装饰输出字节流：

类	功能	构造及使用
DataOutputStream	通常和DataInputStream配合使用，使用它可以写入基本数据类新。	使用OutputStream构造。包含大量的写入基本数据类型的方法。
PrintStream	产生具有格式的输出信息。	使用OutputStream和一个可选的表示缓存是否在每次换行时是否flush的标记构造。还提供很多和文件相关的构造方法。
BufferedOutputStream	使用它可以避免频繁地向IO写入数据，数据一般都写入一个缓存区，在调用flush方法后会清空缓存、一次完成数据的写入。	从一个OutputStream或者和一个代表缓存区大小的可选参数构造。提供和其它OutputStream一致的接口，只是内部提供一个缓存的功能。

字节流的输入与输出的对应

下图表示字节流部分的输入与输出的对应关系

上图中蓝色的为主要的对应部分，红色的部分就是不对应部分。从上面的图中可以看出Java IO中的字节流是极其对称的。下面看看这些字节流中不太对称的几个类：

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；
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；
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；
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；
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。

蓝色的部分是IO字节流的主要组成部分，存在极强的对称关系。关于搭配使用的三对类补充一下：ObjectInputStream/ObjectOutputStream和DataInputStream/DataOutputStream 主要是要求写对象/数据和读对象/数据的次序要保持一致，否则轻则不能得到正确的数据

IO中的输入字符流

下面是IO中输入字符流的继承图：

在上面的关系图中可以看出：

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;

IO中的输出字符流

下面是IO中输出字符流的继承图:

在上面的关系图中可以看出：

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。

字符流的输入与输出的对应

下图为字符流的输入与输出的对应关系图：

 下面例举一些实例来对上面总结的知识点进行应用：

以下是BufferedInputStream和BufferedOutputStream的应用举例

  复制媒体文件：

//通过字节流缓冲区来复制文件
public static void Copy_Mp3()throws IOException{ //运行1504ms
	FileInputStream fs=new FileInputStream("E:/Wildlife.wmv");
	FileOutputStream fos=new FileOutputStream("E:/s.wmv");
	BufferedInputStream bs=new BufferedInputStream(fs);//装饰类进行封装，提供更强大的功能，注意两者都接受了相应的流对象作为参数
	BufferedOutputStream bos=new BufferedOutputStream(fos);
	MyBufferedInputStream bs=new MyBufferedInputStream(fs);//自定义的缓冲区类,运行986ms
	int num=0;
	while((num=bs.read())!=-1){//read()方法是将byte类型的数据转换为int类型，避免目标文件的第一个字节数据全部为1，即连续八个1所带来的影响
		bos.write(num);//write()方法将int类型的数据强制转换为byte类型，即只保留低8位数据，丢弃高24位数据;
	}
	bs.close();
	bos.close();
	System.out.println("copy over!");
}

然后，研究一下BufferedWriter和BufferedReader,它们分别和Writer体系的类及Reader体系的类相对性，也属于装饰类，主要用于文本操作，可以提高效率。

BufferedReader应用

/*
 * 字符读取流缓冲区；
 * 该缓冲区提供了一个一次读一行的方法readine，方便于对文本数据的获取。
 * 当返回null时，表示读到文件末尾
 * readLine方法返回的时候只返回回车符之前的数据内容，并不返回回车符
 */

import java.io.*;
public class BufferedReaderDemo {

	public static void main(String[] args) throws IOException{
		// TODO Auto-generated method stub
		//创建一个读取流对象和文件相关联
		FileReader fr=new FileReader("E:/tttt.txt");
		//为了提高效率，加入了缓冲技术，将字符读取流对象作为参数传递给缓冲对象的构造函数
		MyBufferedReaderDemo br=new MyBufferedReaderDemo(fr);//测试自定义的缓冲器
		BufferedReader br=new BufferedReader(fr);//java提供的缓冲区类
		String str=null;
		while((str=br.ReadLine())!=null){//readLine()返回的是字符串，其实它是自行把字符数组转化为字符串
			System.out.println(str);
		}
	}
}

BufferedWriter应用

import java.io.*;
public class BufferWriterDemo {

	//创建一个字符写入流对象
	//为了提高字符写入流数据效率，加入了缓冲去技术。
	//只要将需要被提高效率的流对象作为 参数传递给缓冲区的构造函数即可
	public static void main(String[]args)throws IOException{
		FileWriter fw=new FileWriter("e:/tttt.txt");
		BufferedWriter bw=new BufferedWriter(fw);
		for(int i=0;i<=10;i++)
		{
		bw.write("sdfsdfsdf");
		bw.newLine();//提供一个换行字符，BufferedReader在读取字符时，会忽略换行符，所以用newline()方法人为的添加换行符，在windows里换行符为'\r''\n'
		//在别的系统平台上换行符是不一样的，为了跨平台的需要，可以用此方法人为的提供换行符
                bw.flush();//将其实时的写入指定的文件，防止意外事件导致数据没有及时的写入文件
		}
		bw.close();//其实关闭缓冲区，就是关闭缓冲区中的流对象
	}
}

关于基本的装饰类就介绍到这里，接下来我们谈谈一种比较特殊的类InputStreamReader和OutputStreamWriter.

InputStreamReader 是字节流通向字符流的桥梁：它使用指定的 charset读取字节并将其解码为字符。它使用的字符集可以由名称指定或显式给定，或者可以接受平台默认的字符集。
这样给我们带来很大的方便就是之前我们是用的FileInputStreamReader是使用的系统默认编码，我们无法改变，而InputStreamReader可以让我们自由的指定字符编码。

下面是 InputStreamReader的简单实例

/*
 * 键盘录入数据
 * 当键盘录入一行数据时，我将其打印在控制台上
 * 当输入over时，录入工作结束
 */
import java.io.*;
public class ReadIn {

	public static void main(String[] args)throws IOException {
		// TODO Auto-generated method stub
		InputStream in=System.in;//System.in是InputStream类型，系统默认的数据源为键盘
		StringBuilder buf=new StringBuilder();
		int num;
		while(true){
			num=in.read();
			if(num=='\r')continue;
			if(num=='\n'){
				if("over".equals(buf.toString()))break;//当输入over是，程序退出
				System.out.println(buf.toString());
				buf.delete(0, buf.length());//每读完一次，则清楚buf里面的内容，为下一次读取做准备
			}
			else buf.append((char)num);
		}
		System.out.println("sdf");
	}
}

 看下两个的简单综合应用

/*
 * 字符流：FileReader,FileWriter
 * BufferedReader,BufferedWriter
 * 字节流:FileInputStream,FileOutPutStream
 * BufferedInputStream,BufferedOutputStream
 * 本功能实现用Readline方法从控制台一次读取一行数据
 */
import java.io.*;
public class TransStreamDemo {

	public static void main(String[] args) throws IOException{
		// TODO Auto-generated method stub
		//获取键盘录入对象。
		/*InputStream in=System.in;
		//将字节流对象转成字符流对象，使用转换流。InpuStreamReader
		InputStreamReader is=new InputStreamReader(in);
		//为了提高效率，将字符串进行缓冲区技术提高操作
		BufferedReader os=new BufferedReader(is);
		*/
		BufferedReader os=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));//简写
		String line;
		/*OutputStream out=System.out;
		OutputStreamWriter osw=new OutputStreamWriter(out);
		BufferedWriter buw=new BufferedWriter(osw);*/
		BufferedWriter buw=new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(System.out));//简写，System.out的默认输出到控制台
		while((line=os.readLine())!=null){
			if("over".equals(line))break;
			//System.out.println(line);
			buw.write(line);
			buw.newLine();
			buw.flush();
		}
		System.out.print("it's over");
	}
}

还有个可以输出行号的缓冲类LineNumBufferedWriter ，在上面的总结中已经详细介绍了，下面通过代码来看它的使用：

/*
 * 带行号的缓冲区类，继承于BufferedReader
 */
import java.io.*;
public class LinkNumberReaderDemo  {

	public static void main(String[] args) throws IOException{
		// TODO Auto-generated method stub
		FileReader fr=new FileReader("E:/tttt.txt");
		MyLineNumberReader lr=new MyLineNumberReader(fr);//测试自己模拟的类
		//LineNumberReader lr=new LineNumberReader(fr);
		String str=null;
		lr.setLineNumber(10);
		while((str=lr.readLine())!=null){
			System.out.println(lr.getLineNumber()+":"+str);
		}
	}
}

其实LineNumBufferedWriter 的用法和其他几个都差不多，只是多了一个可以输出行号的功能。