JavaIO流_中(IO原理、流的分类(节点流、缓冲流、转换流、输入输出流、对象流、打印流))

IO流原理及流的分类

IO原理

• I/O是Input/Output的缩写， I/O技术是非常实用的技术，用于处理设备之间的数据传输。如读/写文件，网络通讯等。

• Java程序中，对于数据的输入/输出操作以“流(stream)” 的方式进行。

• java.io包下提供了各种“流”类和接口，用以获取不同种类的数据，并通过标准的方法输入或输出数据。
  

• 输入input：读取外部数据（磁盘、光盘等存储设备的数据）到程序（内存）中。

• 输出output：将程序（内存）数据输出到磁盘、光盘等存储设备中。

流的分类

• 按操作数据单位不同分为：字节流(8 bit)，字符流(16 bit)

• 数据流的流向不同分为：输入流，输出流

• 按流的角色的不同分为：节点流，处理流

（抽象基类）	字节流	字符流
输入流	InputStream	Reader
输出流	OutputStream	writer

各种流的原理和运行过程：

IO流体系

InputStream & OutputStream

• InputStream 和 OutpitStream字节输入/输出的基类。

• InputStream（典型实现：FileInputStream）

  • int read()：从输入流中读取数据的下一个字节。返回 0 到 255 范围内的 int 字节值。如果因为已经到达流末尾而没有可用的字节，则返回值 -1。
  • int read(byte[] b)：从此输入流中将最多 b.length 个字节的数据读入一个 byte 数组中。如果因为已经到达流末尾而没有可用的字节，则返回值 -1。否则以整数形式返回实际读取的字节数。
  • int read(byte[] b, int off, int len)：将输入流中最多 len 个数据字节读入 byte 数组。尝试读取 len 个字节，但读取的字节也可能小于该值。以整数形式返回实际读取的字节数。如果因为流位于文件末尾而没有可用的字节，则返回值 -1。
  • public void close() throws IOException
    • 关闭此输入流并释放与该流关联的所有系统资源。

• OutputStream（典型实现：FileOutputStream）

  • void write(int b)：将指定的字节写入此输出流。write 的常规协定是：向输出流写入一个字节。要写入的字节是参数 b 的八个低位。b 的 24 个高位将被忽略。 即写入0~255范围的。
  • void write(byte[] b)：将 b.length 个字节从指定的 byte 数组写入此输出流。write(b) 的常规协定是：应该与调用 write(b, 0, b.length) 的效果完全相同。
  • void write(byte[] b,int off,int len)：将指定 byte 数组中从偏移量 off 开始的 len 个字节写入此输出流。
  • public void flush()throws IOException ：刷新此输出流并强制写出所有缓冲的输出字节，调用此方法指示应将这些字节立即写入它们预期的目标。
  • public void close() throws IOException：关闭此输出流并释放与该流关联的所有系统资源。

• 程序中打开的文件 IO 资源不属于内存里的资源，垃圾回收机制无法回收该资源，所以应该显式关闭文件 IO 资源。

• FileInputStream 用于读取非文本数据之类的原始字节流。要读取字符流，需要使用 FileReader。

• FileOutputStream 从指定字节写入文件中。要写入字符流，需要使用 FileWriter。

节点流(文件流)

FileInputStream&FileOutputStream
读取文件：

1. 建立一个流对象，将已存在的一个文件加载进流。
2. 创建一个临时存放数据的数组。
3. 调用流对象的读取方法将流中的数据读入到数组中。
4. 关闭资源。

//建立一个流对象，将已存在的一个文件加载进流。
FileReader fr = null;
try {
    fr = new FileReader(new File("c:\\test.txt"));
    //创建一个临时存放数据的数组。
    char[] buf = new char[1024];
    int len;
    //调用流对象的读取方法将流中的数据读入到数组中。
    while ((len = fr.read(buf)) != -1) {
        System.out.print(new String(buf, 0, len));
    }
} catch (IOException e) {
    System.out.println("read-Exception :" + e.getMessage());
} finally {
    if (fr != null) {
        try {
            //关闭资源。
            fr.close();
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("close-Exception :" + e.getMessage());
        }
    }
}

写入文件：

1. 创建流对象，建立数据存放文件。
2. 调用流对象的写入方法。将数据写入流。
3. 关闭流资源，并将流中的数据清空到文件。

//创建流对象，建立数据存放文件。
FileWriter fw = null;
try {
    fw = new FileWriter(new File("Test.txt"));
    //调用流对象的写入方法。将数据写入流。
    fw.write("xiaowangzi");
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {//关闭流资源，并将流中的数据清空到文件。
    if (fw != null)//判断是否为空，不为空在关闭
        try {
            fw.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
    }
}

注意点：

• 定义文件路径时，注意：可以用“/”或者“\”。

• 在写入一个文件时，如果使用构造器FileOutputStream(file)，则目录下有同名文件将被覆盖。

• 如果使用构造器FileOutputStream(file,true)，则目录下的同名文件不会被覆盖，在文件内容末尾追加内容。

• 在读取文件时，必须保证该文件已存在，否则报异常。

• 字节流操作字节，比如：.mp3，.avi，.rmvb，mp4，.jpg，.doc，.ppt

• 字符流操作字符，只能操作普通文本文件。最常见的文本文件：.txt，.java，.c，.cpp 等语言的源代码。尤其注意.doc,excel,ppt这些不是文本文件。

缓冲流

• 为了提高数据读写的速度，Java API提供了带缓冲功能的流类，在使用这些流类时，会创建一个内部缓冲区数组，缺省使用8192个字节(8Kb)的缓冲区。

• 缓冲流要“套接”在相应的节点流之上，根据数据操作单位可以把缓冲流分为：
  • BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream
  • BufferedReader 和 BufferedWriter

缓冲流原理：

代码实现：

BufferedReader br = null;
BufferedWriter bw = null;
try {
    // 创建缓冲流对象：它是处理流，是对节点流的包装
    br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\IOTest\\source.txt"));
    bw = new BufferedWriter(new FileWriter("d:\\IOTest\\dest.txt"));
    String str;
    while ((str = br.readLine()) != null) { // 一次读取字符文本文件的一行字符
        bw.write(str); // 一次写入一行字符串
        bw.newLine(); // 写入行分隔符
    }
    bw.flush(); // 刷新缓冲区
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    // 关闭IO流对象
    try {
        if (bw != null) {
            bw.close(); // 关闭过滤流时,会自动关闭它所包装的底层节点流
        }
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    try {
        if (br != null) {
            br.close();
        }
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

转换流

• Java API提供了两个转换流：
  • InputStreamReader：将InputStream转换为Reader
  • OutputStreamWriter：将Writer转换为OutputStream

InputStreamReader

• 实现将字节的输入流按指定字符集转换为字符的输入流。

• 需要和InputStream“套接”。

• 构造器

  • public InputStreamReader(InputStream in)
  • public InputSreamReader(InputStream in,String charsetName)

如： Reader isr = new InputStreamReader(System.in,”gbk”);

OutputStreamWriter

• 实现将字符的输出流按指定字符集转换为字节的输出流。

• 需要和OutputStream“套接”。

• 构造器

  • public OutputStreamWriter(OutputStream out)
  • public OutputSreamWriter( OutputStream out,String charsetName)

转换流原理：

代码实现：

public void testMyInput() throws Exception {
    FileInputStream fis = new FileInputStream("dbcp.txt");
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream("dbcp5.txt");

    InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis, "GBK");
    OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(fos, "GBK");

    BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
    BufferedWriter bw = new BufferedWriter(osw);

    String str = null;
    while ((str = br.readLine()) != null) {
        bw.write(str);
        bw.newLine();
        bw.flush();
    }
    bw.close();
    br.close();
}

常见的编码表

• ASCII：美国标准信息交换码。

  • 用一个字节的7位可以表示。

• ISO8859-1：拉丁码表。欧洲码表

  • 用一个字节的8位表示。

• GB2312：中国的中文编码表。最多两个字节编码所有字符

• GBK：中国的中文编码表升级，融合了更多的中文文字符号。最多两个字节编码。

• Unicode：国际标准码，融合了目前人类使用的所有字符。为每个字符分配唯一的字符码。所有的文字都用两个字节来表示。

• UTF-8：变长的编码方式，可用1-4个字节来表示一个字符。

标准输入、输出流

• System.in和System.out分别代表了系统标准的输入和输出设备

• 默认输入设备是：键盘，输出设备是：显示器

• System.in的类型是InputStream

• System.out的类型是PrintStream，其是OutputStream的子类FilterOutputStream 的子类

• 重定向：通过System类的setIn，setOut方法对默认设备进行改变。

  • public static void setIn(InputStream in)
  • public static void setOut(PrintStream out)

拿到实例具体实现一下：

​ 从键盘输入字符串，要求将读取到的整行字符串转成大写输出。然后继续进行输入操作，直至当输入“e”或者“exit”时，退出程序。

System.out.println("请输入信息(退出输入e或exit):");
// 把"标准"输入流(键盘输入)这个字节流包装成字符流,再包装成缓冲流
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
String s = null;
try {
    while ((s = br.readLine()) != null) { // 读取用户输入的一行数据 --> 阻塞程序
        if ("e".equalsIgnoreCase(s) || "exit".equalsIgnoreCase(s)) {
            System.out.println("安全退出!!");
            break;
        }
        // 将读取到的整行字符串转成大写输出
        System.out.println("-->:" + s.toUpperCase());
        System.out.println("继续输入信息");
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    try {
        if (br != null) {
            br.close(); // 关闭过滤流时,会自动关闭它包装的底层节点流
        }
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

打印流

• 实现将基本数据类型的数据格式转化为字符串输出

• 打印流：PrintStream和PrintWriter

  • 提供了一系列重载的print()和println()方法，用于多种数据类型的输出
  • PrintStream和PrintWriter的输出不会抛出IOException异常
  • PrintStream和PrintWriter有自动flush功能
  • PrintStream 打印的所有字符都使用平台的默认字符编码转换为字节。在需要写入字符而不是写入字节的情况下，应该使用 PrintWriter 类。
  • System.out返回的是PrintStream的实例

代码实现：

PrintStream ps = null;
try {
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File("D:\\IO\\text.txt"));
    // 创建打印输出流,设置为自动刷新模式(写入换行符或字节 '\n' 时都会刷新输出缓冲区)
    ps = new PrintStream(fos, true);
    if (ps != null) {// 把标准输出流(控制台输出)改成文件
        System.setOut(ps);
    }
    for (int i = 0; i <= 255; i++) { // 输出ASCII字符
        System.out.print((char) i);
        if (i % 50 == 0) { // 每50个数据一行
            System.out.println(); // 换行
        }
    }
} catch (FileNotFoundException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    if (ps != null) {
        ps.close();
    }
}

对象流

ObjectInputStream和OjbectOutputSteam

• 用于存储和读取基本数据类型数据或对象的处理流。它的强大之处就是可以把Java中的对象写入到数据源中，也能把对象从数据源中还原回来。

• 序列化：用ObjectOutputStream类保存基本类型数据或对象的机制

• 反序列化：用ObjectInputStream类读取基本类型数据或对象的机制

• ObjectOutputStream和ObjectInputStream不能序列化static和transient修饰的成员变量

对象的序列化

• 对象序列化机制允许把内存中的Java对象转换成平台无关的二进制流，从而允许把这种二进制流持久地保存在磁盘上，或通过网络将这种二进制流传输到另一个网络节点。//当其它程序获取了这种二进制流，就可以恢复成原来的Java对象

• 如果需要让某个对象支持序列化机制，则必须让对象所属的类及其属性是可序列化的，为了让某个类是可序列化的，该类必须实现如下两个接口之一。否则，会抛出NotSerializableException异常

  • Serializable
  • Externalizable

• 凡是实现Serializable接口的类都有一个表示序列化版本标识符的静态变量：

  • private static final long serialVersionUID;
  • serialVersionUID用来表明类的不同版本间的兼容性。简言之，其目的是以序列化对象进行版本控制，有关各版本反序列化时是否兼容。
  • 如果类没有显示定义这个静态常量，它的值是Java运行时环境根据类的内部细节自动生成的。若类的实例变量做了修改，serialVersionUID 可能发生变化。故建议，显式声明。

• 若某个类实现了 Serializable 接口，该类的对象就是可序列化的：

  • 创建一个 ObjectOutputStream
  • 调用 ObjectOutputStream 对象的 writeObject(对象)方法输出可序列化对象
  • 注意写出一次，操作flush()一次

• 反序列化

  • 创建一个 ObjectInputStream
  • 调用 readObject**()** 方法读取流中的对象

序列化过程：
将内存中的java对象或基本数据类型的变量写出到文件中或通过网络传输出去
代码实现：

@Test
public void test1() throws IOException{
	ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("object.txt"));	
	oos.writeObject(new String("Tom"));
	oos.writeObject(new String("Jerry"));
	
	oos.writeObject(new Person("Jack",12));
	oos.writeObject(new Person("Jack",12,new Dog("大黄")));
	
	oos.close();
}

反序列化过程:
将文件中的数据还原为内存中的java对象或基本数据类型的变量
代码实现：

@Test
public void test2() throws ClassNotFoundException, IOException{
	ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("object.txt"));
    String s1 = (String) ois.readObject();
	String s2 = (String) ois.readObject();
	
	Person p1 = (Person) ois.readObject();
	Person p2 = (Person) ois.readObject();
	
	System.out.println(s1);
	System.out.println(s2);
	System.out.println(p1);
	System.out.println(p2);
	
	ois.close();
}

实现序列化的对象所属的类需要满足：

• 自定义类的对象要想实现序列化需要满足：

  1.需要实现接口：Serializable

  2.需要显式的提供全局常量serialVersionUID，用来唯一的标识当前类

  3.要求对象的实例变量也必须是可序列化的。

  • String、基本数据类型本身就可以序列化

• 注意：

  • ObjectOutputStream和ObjectInputStream不能序列化static和transient修饰的成员变量

随机存取文件流

• 构造器

  • public RandomAccessFile(File file, String mode)
  • public RandomAccessFile(String name, String mode)

• 创建 RandomAccessFile 类实例需要指定一个 mode 参数，该参数指定 RandomAccessFile 的访问模式：

  • r:以只读方式打开
  • rw：打开以便读取和写入
  • rwd:打开以便读取和写入；同步文件内容的更新
  • rws:打开以便读取和写入；同步文件内容和元数据的更新

RandomAccessFile 类支持 “随机访问” 的方式，程序可以直接跳到文件的任意地方来读、写文件

• 支持只访问文件的部分内容

• 可以向已存在的文件后追加内容

使用说明：

1. RandomAccessFile直接继承于Object,实现了DataInput和DataOutput。
2. RandomAccessFile既可以作为一个输入流，也可以作为一个输出流。
3. RandomAccessFile输出到的文件如果不存在，在输出过程中会自动创建,RandomAccessFile输出到的文件如果存在，则是对文件内容的覆盖，默认从文件开头写入数据。

代码实例：

public void test1() throws Exception{
	//1.
	RandomAccessFile raf1 = new RandomAccessFile("timg.jpg", "r");
	RandomAccessFile raf2 = new RandomAccessFile("timg4.jpg", "rw");
	//2.
	byte[] buffer = new byte[1024];
	int len;
	while((len = raf1.read(buffer)) != -1){
		raf2.write(buffer, 0, len);
	}
	//3.
	raf2.close();
	raf1.close();
}

作为一个输出流。
3. RandomAccessFile输出到的文件如果不存在，在输出过程中会自动创建,RandomAccessFile输出到的文件如果存在，则是对文件内容的覆盖，默认从文件开头写入数据。

代码实例：

public void test1() throws Exception{
	//1.
	RandomAccessFile raf1 = new RandomAccessFile("timg.jpg", "r");
	RandomAccessFile raf2 = new RandomAccessFile("timg4.jpg", "rw");
	//2.
	byte[] buffer = new byte[1024];
	int len;
	while((len = raf1.read(buffer)) != -1){
		raf2.write(buffer, 0, len);
	}
	//3.
	raf2.close();
	raf1.close();
}

就写到这里啦，后天就是十一了，去转转散散心。不过博客不会停更的，放心哈。
换了一个编辑器如果有什么错误请大家指出啊。

上一篇文章：JavaIO流_上(File类的使用)
下一篇文章：JavaIO流_下(NIO.2中Path、Paths、Files类的使用)