《Java面向对象编程》学习笔记16—Java I/O系统

xiaoer_1982

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Java 编程设计模式单元测试 C

1.基本概念和基本情况：

a.流：一组有序的数据序列。

b.字节流：数据流中最小的数据单元是字节。

c.字符流：数据流中最小的数据单元是字符。

d.java.io.InputStream和java.io.OutputStream分别表示字节输入流和字节输出流。都是抽象类，不能被实例化。所有的字节操作流都是这两个类的直接或间接子类。read()读取的是一个8位字节，write()写入的是一个8位字节。

e.java.io.Reader和java.io.Writer分别表示字符输入流和字符输出流。都是抽象类，不能被实例化。所有的字符操作流都是这两个类的直接或间接子类。

2.字节输入流：

1）字节数组输入流：ByteArrayInputStream类

从内存中的字节数组中读取数据，其数据源是一个字节数组。该类本身采用了适配器设计模式，将字节数组类型转化为输入流，完成对数组的读操作，读到的每一个字节类型的元素都会自动转换为int。

使用如下：

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.IOException;

public class Test {
public static void main(String[] args){
byte buff[]= new byte[]{2,15,67,-1,-9,9};
ByteArrayInputStream inputStream = new ByteArrayInputStream(buff,1,4);
int data = inputStream.read();
while (data!=-1) {
System.out.println(data + " ");
data = inputStream.read();
}
try {
inputStream.close();
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}

这里的值会在前边补0而导致变化，但是请注意在byte类型赋值给int类型时，取值不会变。

2）文件输入流：FileInputStream类

从文件中读取数据流。注意系统的默认编码格式。

3）字符串输入流：StringBufferInputStream类。（已被StringReader类代替而废弃）

从一个字符串中读取。本身采用了适配器设计模式。

4）管道输入流PipedInputStream类

通常用于线程间通信，A执行管道输入流的read方法，暂时没有数据的时候这个线程就会被阻塞，只有当线程B向管道输入流写了新的数据后A才会执行。

5）顺序输入流：SequenceInputStream类

用于将几个输入流串联在一起，合并为一个输入流。当类通过这个类来读取数据时，它会依次（以输入流加入为序） 从所有被串联的输入流中读取数据。关闭输入流不需要先依次关闭各个子输入流。

6）过滤输入流：FilterInputStream类

这是装饰器，它本身继承了InputStream类，还可以用来修饰其他的输入流类。其构造方法为protected访问级别，因此外部程序不能创建这个类本身的实例。

关于装饰器模式，在这摘录一个网友（江苏无锡缪小东 ）的文字，我把一些调侃的话删掉了，留其本质内容：

“三明治”的例子：三明治必不可少的是两块面包片，然后可以在夹层里加上蔬菜、沙拉、咸肉等等，外面可以涂上奶油之类的。假如现在你要为一个三明治小店构造一个程序，其中要设计各种三明治的对象。可能你已经创建了一个简单的Sandwich对象，现在要产生带蔬菜的就是继承原有的Sandwich添加一个蔬菜的成员变量，看起来很“正点”的做法，以后我还要带咸肉的、带奶油的、带蔬菜的又分为带青菜的、带芹菜的、生菜的……还是一个一个继承是吧！假如我们还需要即带蔬菜又带其它肉类，设置我们还要求这些添加成分的任意组合，那你就慢慢继承吧！下面我们就使用装饰器模式来设计这个库吧！下图是我们的设计图：

下面是以上各个类的意义：

1. Ingredient（成分）：所有类的父类，包括它们共有的方法，一般为抽象类且方法都有默认的实现，也可以为接口。它有Bread和Decorator两个子类。这种实际不存在的，系统需要的抽象类仅仅表示一个概念，图中用红色表示。

2. Bread（面包）：就是我们三明治中必须的两片面包。它是系统中最基本的元素，也是被装饰的元素，和IO中的媒质流（原始流）一个意义。在装饰器模式中属于一类角色，所以其颜色为紫色。

3. Decorator（装饰器）：所有其它成分的父类，这些成分可以是猪肉、羊肉、青菜、芹菜。这也是一个实际不存在的类，仅仅表示一个概念，即具有装饰功能的所有对象的父类。图中用蓝色表示。

4. Pork（猪肉）：具体的一个成分，不过它作为装饰成分和面包搭配。

5. Mutton（羊肉）：同上。

6. Celery（芹菜）：同上。

7. Greengrocery（青菜）：同上。

总结一下装饰器模式中的四种角色：1.被装饰对象（Bread）；2.装饰对象（四种）；3.装饰器（Decorator）；4.公共接口或抽象类（Ingredient）。其中1和2是系统或者实际存在的，3和4是实现装饰功能需要的抽象类。

写段代码体会其威力吧！（程序很简单，但是实现的方法中可以假如如何你需要的方法，意境慢慢体会吧！）

//Ingredient.java

public abstract class Ingredient {

public abstract String getDescription();

public abstract double getCost();

public void printDescription(){

System.out.println(" Name "+ this.getDescription());

System.out.println(" Price RMB "+ this.getCost());

}

}

所有成分的父类，抽象类有一个描述自己的方法和一个得到价格的方法，以及一个打印自身描述和价格的方法（该方法与上面两个方法构成模板方法哦！）

//Bread.java

public class Bread extends Ingredient {

private String description ;

public Bread(String desc){

this.description=desc ;

}

public String getDescription(){

return description ;

}

public double getCost(){

return 2.48 ;

}

}

面包类，因为它是一个具体的成分，因此实现父类的所有的抽象方法。描述可以通过构造器传入，也可以通过set方法传入。同样价格也是一样的，我就很简单地返回了。

//Decorator.java

public abstract class Decorator extends Ingredient {

Ingredient ingredient ;

public Decorator(Ingredient igd){

this.ingredient = igd;

}

public abstract String getDescription();

public abstract double getCost();

}

装饰器对象，所有具体装饰器对象父类。它最经典的特征就是：1.必须有一个它自己的父类为自己的成员变量；2.必须继承公共父类。 这是因为装饰器也是一种成分，只不过是那些具体具有装饰功能的成分的公共抽象罢了。在我们的例子中就是有一个Ingredient作为其成员变量。Decorator继承了Ingredient类。

//Pork.java

public class Pork extends Decorator{

public Pork(Ingredient igd){

super(igd);

}

public String getDescription(){

String base = ingredient.getDescription();

return base +"\n"+"Decrocated with Pork !";

}

public double getCost(){

double basePrice = ingredient.getCost();

double porkPrice = 1.8;

return basePrice + porkPrice ;

}

}

具体的猪肉成分，同时也是一个具体的装饰器，因此它继承了Decorator类 。猪肉装饰器装饰可以所有的其他对象，因此通过构造器传入一个Ingredient的实例，程序中调用了父类的构造方法，主要父类实现了这样的逻辑关系。同样因为方法是具体的成分，所以getDescription得到了实现，不过由于它是具有装饰功能的成分，因此它的描述包含了被装饰成分的描述和自身的描述。价格也是一样的。价格放回的格式被装饰成分与猪肉成分的种价格哦！

从上面两个方法中我们可以看出，猪肉装饰器的功能得到了增强，它不仅仅有自己的描述和价格，还包含被装饰成分的描述和价格。主要是因为被装饰成分是它的成员变量，因此可以任意调用它们的方法，同时可以增加自己的额外的共同，这样就增强了原来成分的功能。

//Mutton.java

public class Mutton extends Decorator{

public Mutton(Ingredient igd){

super(igd);

}

public String getDescription(){

String base = ingredient.getDescription();

return base +"\n"+"Decrocated with Mutton !";

}

public double getCost(){

double basePrice = ingredient.getCost();

double muttonPrice = 2.3;

return basePrice + muttonPrice ;

}

}

羊肉的包装器。

//Celery.java

public class Celery extends Decorator{

public Celery(Ingredient igd){

super(igd);

}

public String getDescription(){

String base = ingredient.getDescription();

return base +"\n"+"Decrocated with Celery !";

}

public double getCost(){

double basePrice = ingredient.getCost();

double celeryPrice =0.6;

return basePrice + celeryPrice ;

}

}

芹菜的包装器。

//GreenGrocery.java

public class GreenGrocery extends Decorator{

public GreenGrocery (Ingredient igd){

super(igd);

}

public String getDescription(){

String base = ingredient.getDescription();

return base +"\n"+"Decrocated with GreenGrocery !";

}

public double getCost(){

double basePrice = ingredient.getCost();

double greenGroceryPrice = 0.4;

return basePrice + greenGroceryPrice ;

}

}

青菜的包装器。

下面我们就领略装饰器模式的神奇了！我们有一个测试类，其中建立夹羊肉的三明治、全蔬菜的三明治、全荤的三明治。
public class DecoratorTest{

public static void main(String[] args){

Ingredient compound = new Mutton(new Celery(new Bread("Master24's Bread")));

compound.printDescription();

compound = new Celery(new GreenGrocery(new Bread("Bread with milk")));

compound.printDescription();

compound = new Mutton(new Pork(new Bread("Bread with cheese")));

compound.printDescription();

}

}

以上就是一个简单的装饰器类。

a.DataInputStream类

实现了DataInput接口，用于读取基本类型数据。如int,long,float,double,boolean。其中的readUTF()方法还能读取UTF-8编码的字符串。其应该与DataOutputStream配套使用。也就是说，用DataInputStream读取由DataOutputStream写出的数据，才能保证获得正确的数据。

b.LineNumberInputStream类：已被废弃

c.BufferedInputStream类

覆盖了被装饰的输入流的读数据行为，利用buffer来提供效率。一般在读取数据文件或者键盘输入时都使用其进行装饰。

d.PushbackInputStream类

很少用到。

3.字节输出流

1）字节数组输出流：ByteArrayOutputStream类

向内存中的字节数组写数据，使用toByteArray方法获得字节数组。

2）文件输出流：FileOutputStream类

向文件中写数据。注意默认下使用则是覆盖文件，必须使用FileOutputStream(String name,boolean append)，在后边设置为true则是在追加。

3）过滤输出流：FilterOutputStream类

和过滤输入流的特性一样。

a）DataOutputStream类：

用于向输出流写基本数据类型。

b）BufferedOutputStream类：

缓冲区提高效率。在超过缓冲区时会将缓冲区的内的数据写入输出流，若没有超过则不会自动写入，否则使用flush()方法刷新，或者关闭输出流。

c）PrintStream类：

采用本地OS默认的字符编码输出格式化数据。每一个Print()方法都与一个println()方法对应。使用checkError()方法判断写数据是否成功。它也带有缓冲区，不过用户可以自己设置刷新规则（见其构造函数的一个重载）。

4.字符输入流

注意BufferedReader不是FilterReader的子类。

1）字符数组输入流:CharArrayReader类

从内存中的字符数组中读取字符。

2）字符串输入流：StringReader类

数据源是字符串。

3）InputStreamReader类：

主要是解决Unicode字符编码和用户指定编码的变换问题。为了提高效率则可以使用BufferedReader来修饰。它有个子类是FileReader类，但是其只能按照本地平台的字符编码来读取数据，用户不能指定编码类型。

4）BufferedReader类：

带有缓冲区的字符输入流。

5.字符输出流

1）字符数组输出流:CharArrayWriter类

将内存中的字符中写入字符数组。

2）BufferedWriter类：带有缓冲。

3）OutputStreamWriter类：

为了提高效率则可以使用BufferedWriter来修饰。它有个子类是FileWriter类，但是其只能按照本地平台的字符编码来写入数据，用户不能指定编码类型。

4）PrintWriter类：能输出格式化的数据。在输出字符数据的场合，应该优先考虑用PrintWriter。

6.标准IO

三个标准输入输出流：

System.in:InputStream类，代表标准输入流，默认为键盘。常用套路是InputStreamReader适配器把System.in转换为Reader类型，再用BufferedReader装饰它。

System.out:PrintStream类，代表标准输出流，默认为控制台。通常转化为PrintWriter类型。

System.err:PrintStream类，代表标准错误输出流，默认为控制台。

重定向使用System类中的，setIN(),setOut(),setErr()方法。

7.随机访问文件类：RandomAccessFile

可以从任意位置对文件进行读写。实现了DataInput和DataOutput接口，可以读写格式化的数据。

8.新IO库的部分介绍

java.nio包中，目的在于提高IO操作效率。缓冲器Buffer类：减少了实际物理读写次数，减少动态分配和回收内存区域的次数。这个类可以使得程序直接控制和运用缓冲区。抽象类，有8个具体的缓冲区类，都有能返回自身实例的静态工厂方法。

缓冲区的几个属性（也提供了改变这三个属性的方法）：

容量：缓冲区的大小。

极限：缓冲区的当前终点。这个点即为实际的数据区的终点。

位置：缓冲区的下一个读写单元。

Channel是用来连接缓冲区与数据源的。通道在创建时被打开，一旦关闭就不能再打开了。

有两个常用方法：一个是flip()，确保后续操作只针对在缓冲区中的当前数据，而clear()方法则把缓冲区的极限设为容量值，为后续向缓冲区填入更多的数据做准备。

2）字符编码Charset类

其中的每个实例都代表特定的字符编码类型。

3）FileChannel读写文件

放一个例子吧，从书上摘的：

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.charset.Charset;

public class Test{
public static void main(String[] args) throws IOException{
final int SIZE = 1024;
/*向文件中写数据*/
FileChannel fcChannel = new FileOutputStream("c:\\test.txt").getChannel();
fcChannel.write(ByteBuffer.wrap("你好，".getBytes()));//静态方法wrap为包装为一个ByteBuffer对象
fcChannel.close();
/*向文件末尾添加数据*/
fcChannel = new RandomAccessFile("c:\\test.txt","rw").getChannel();
fcChannel.position(fcChannel.size());//定位到文件尾
fcChannel.write(ByteBuffer.wrap("世界!".getBytes()));
fcChannel.close();
/*读数据*/
fcChannel = new FileInputStream("c:\\test.txt").getChannel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(SIZE);//创建ByteBuffer对象
fcChannel.read(buffer);//将文件中的数据读入缓冲区中
buffer.flip();//将极限设为当前位置值，再把position设为0，这使得接下来的cs.decode(buff)方法仅仅操作刚刚写入缓冲区的数据。
Charset cs = Charset.defaultCharset();//获得本地OS的字符编码
System.out.println(cs.decode(buffer));//转换为Unicode字符编码
fcChannel.close();
}
}