Java：缓冲流、转换流、序列化流

缓冲流

1.1 概述

缓冲流，也叫高效流，是对4个基本的FileXXX 流的增强，所以也是4个流，按照数据类型分为：

 - 字节缓冲流：BufferedInputStream, BufferedOutputStream
 - 字符缓冲流：BufferedReader, BufferedWriter

缓冲流的基本原理，是在创建流对象时，会创建一个内置的默认大小的缓冲区数组，通过缓冲区读写，减少系统IO次数，从而提高读写的效率。

1.2 字节缓冲流

1.2.1 字节缓冲输出流

java.io.BufferOutputStream extends OutputStream
	BufferedOutputStream：字节缓冲输出流

继承自父类的共性成员方法:
    - public void close() ：关闭此输出流并释放与此流相关联的任何系统资源。
    - public void flush() ：刷新此输出流并强制任何缓冲的输出字节被写出。
    - public void write(byte[] b)：将 b.length字节从指定的字节数组写入此输出流。
    - public void write(byte[] b, int off, int len) ：从指定的字节数组写入 len字节，从偏移量 off开始输出到此输出流。
    - public abstract void write(int b) ：将指定的字节输出流。

 构造方法:
    BufferedOutputStream(OutputStream out)  创建一个新的缓冲输出流，以将数据写入指定的底层输出流。
    BufferedOutputStream(OutputStream out, int size)  创建一个新的缓冲输出流，以将具有指定缓冲区大小的数据写入指定的底层输出流。
    参数:
       OutputStream out:字节输出流
            我们可以传递FileOutputStream,缓冲流会给FileOutputStream增加一个缓冲区,提高FileOutputStream的写入效率
       int size:指定缓冲流内部缓冲区的大小,不指定默认
 使用步骤(重点)
    1.创建FileOutputStream对象,构造方法中绑定要输出的目的地
    2.创建BufferedOutputStream对象,构造方法中传递FileOutputStream对象对象,提高FileOutputStream对象效率
    3.使用BufferedOutputStream对象中的方法write,把数据写入到内部缓冲区中
    4.使用BufferedOutputStream对象中的方法flush,把内部缓冲区中的数据,刷新到文件中
    5.释放资源(会先调用flush方法刷新数据,第4部可以省略)

public class _01BufferedOutputStream {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("src\\heima\\Buffer\\a.txt");
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fos);
        bos.write("我把数据写入到内部缓冲区中".getBytes());
        bos.flush();
        bos.close();
    }
}

1.2.2 字节缓冲输入流

java.io.BufferedInputStream extends InputStream
BufferedInputStream:字节缓冲输入流

继承自父类的成员方法:
    int read()从输入流中读取数据的下一个字节。
    int read(byte[] b) 从输入流中读取一定数量的字节，并将其存储在缓冲区数组 b 中。
    void close() 关闭此输入流并释放与该流关联的所有系统资源。

构造方法:
    BufferedInputStream(InputStream in) 创建一个 BufferedInputStream 并保存其参数，即输入流 in，以便将来使用。
    BufferedInputStream(InputStream in, int size) 创建具有指定缓冲区大小的 BufferedInputStream 并保存其参数，即输入流 in，以便将来使用。
    参数:
        InputStream in:字节输入流
            我们可以传递FileInputStream,缓冲流会给FileInputStream增加一个缓冲区,提高FileInputStream的读取效率
        int size:指定缓冲流内部缓冲区的大小,不指定默认

使用步骤(重点):
    1.创建FileInputStream对象,构造方法中绑定要读取的数据源
    2.创建BufferedInputStream对象,构造方法中传递FileInputStream对象,提高FileInputStream对象的读取效率
    3.使用BufferedInputStream对象中的方法read,读取文件
    4.释放资源

public class _02BufferedInputStream {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileInputStream fis = new FileInputStream("src\\heima\\Buffer\\a.txt");
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);

        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len = 0;
        while ((len = bis.read(bytes)) != -1){
            System.out.println(len);
            System.out.println(new String(bytes));
        }

        bis.close();
    }
}

1.3 字符缓冲流

1.3.1 字符缓冲输出流

java.io.BufferedWriter extends Writer
BufferedWriter: 字符缓冲输出流

继承自父类的共性成员方法:
    - void write(int c) 写入单个字符。
    - void write(char[] cbuf)写入字符数组。
    - abstract  void write(char[] cbuf, int off, int len)写入字符数组的某一部分,off数组的开始索引,len写的字符个数。
    - void write(String str)写入字符串。
    - void write(String str, int off, int len) 写入字符串的某一部分,off字符串的开始索引,len写的字符个数。
    - void flush()刷新该流的缓冲。
    - void close() 关闭此流，但要先刷新它。

构造方法:
    BufferedWriter(Writer out) 创建一个使用默认大小输出缓冲区的缓冲字符输出流。
    BufferedWriter(Writer out, int sz) 创建一个使用给定大小输出缓冲区的新缓冲字符输出流。
    参数:
        Writer out:字符输出流
            我们可以传递FileWriter,缓冲流会给FileWriter增加一个缓冲区,提高FileWriter的写入效率
        int sz:指定缓冲区的大小,不写默认大小

特有的成员方法:
    void newLine()  写入一个行分隔符。会根据不同的操作系统，获取不同的行分隔符
    换行：换行符号
    Windows：\r\n
    Linux: /n
    Mac: /r

使用步骤:
    1.创建字符缓冲输出流对象,构造方法中传递字符输出流
    2.调用字符缓冲输出流中的方法write,把数据写入到内存缓冲区中
    3.调用字符缓冲输出流中的方法flush,把内存缓冲区中的数据,刷新到文件中
    4.释放资源

public class _03BufferedWriter {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("src\\heima\\Buffer\\b.txt"));
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            bw.write("亚洲");
            bw.newLine();
        }
        bw.flush();
//        bw.close();
    }
}

1.3.2 字符缓冲输出流

java.io.BufferedReader extends Reader
BufferedReader: 字符缓冲输入流

继承自父类的共性成员方法:
    int read() 读取单个字符并返回。
    int read(char[] cbuf)一次读取多个字符,将字符读入数组。
    void close() 关闭该流并释放与之关联的所有资源。

构造方法:
    BufferedReader(Reader in)  创建一个使用默认大小输入缓冲区的缓冲字符输入流。
    BufferedReader(Reader in, int sz)     创建一个使用指定大小输入缓冲区的缓冲字符输入流。
    参数:
        Reader in:字符输入流
            我们可以传递FileReader,缓冲流会给FileReader增加一个缓冲区,提高FileReader的读取效率

特有的成员方法:
    String readLine() 读取一个文本行。读取一行数据
        行的终止符号:通过下列字符之一即可认为某行已终止：换行 ('\n')、回车 ('\r') 或回车后直接跟着换行(\r\n)。
    返回值:
        包含该行内容的字符串，不包含任何行终止符，如果已到达流末尾，则返回 null

使用步骤:
    1.创建字符缓冲输入流对象,构造方法中传递字符输入流
    2.使用字符缓冲输入流对象中的方法read/readLine读取文本
    3.释放资源

public class _04BufferedReader {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("src\\heima\\Buffer\\b.txt"));
        String line;
        while ((line = br.readLine()) != null){
            System.out.println(line);
        }
        br.close();
    }
}

---

转换流

2.1 字符编码和字符集

2.1.1 字符编码

计算机中储存的信息都是用二进制数表示的，而我们在屏幕上看到的数字、英文、标点符号、汉字等字符是二进制
数转换之后的结果。按照某种规则，将字符存储到计算机中，称为编码 。反之，将存储在计算机中的二进制数按照
某种规则解析显示出来，称为解码 。比如说，按照A规则存储，同样按照A规则解析，那么就能显示正确的文本f符
号。反之，按照A规则存储，再按照B规则解析，就会导致乱码现象。

• 字符编码 Character Encoding : 就是一套自然语言的字符与二进制数之间的对应规则

2.2.2 字符集

• 字符集 Charset ：也叫编码表。是一个系统支持的所有字符的集合，包括各国家文字、标点符号、图形符 号、数字等。

   计算机要准确的存储和识别各种字符集符号，需要进行字符编码，一套字符集必然至少有一套字符编码。常见字符
   集有ASCII字符集、GBK字符集、Unicode字符集等。
  

  

• ASCII字符集 ：

  • ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准代码）是基于拉丁字母的一套电脑编码系统，用于显示现代英语，主要包括控制字符（回车键、退格、换行键等）和可显 示字符（英文大小写字符、阿拉伯数字和西文符号）。
  • 基本的ASCII字符集，使用7位（bits）表示一个字符，共128字符。ASCII的扩展字符集使用8位（bits）表示一个字符，共256字符，方便支持欧洲常用字符。

• ISO-8859-1字符集：

  • 拉丁码表，别名Latin-1，用于显示欧洲使用的语言，包括荷兰、丹麦、德语、意大利语、西班牙语等。
  • ISO-5559-1使用单字节编码，兼容ASCII编码。

• GBxxx字符集：

  • GB就是国标的意思，是为了显示中文而设计的一套字符集。

  • GB2312：简体中文码表。一个小于127的字符的意义与原来相同。但两个大于127的字符连在一起时， 就表示一个汉字，这样大约可以组合了包含7000多个简体汉字，此外数学符号、罗马希腊的字母、日文 的假名们都编进去了，连在ASCII里本来就有的数字、标点、字母都统统重新编了两个字节长的编码，这 就是常说的"全角"字符，而原来在127号以下的那些就叫"半角"字符了。

  • GBK：最常用的中文码表。是在GB2312标准基础上的扩展规范，使用了双字节编码方案，共收录了 21003个汉字，完全兼容GB2312标准，同时支持繁体汉字以及日韩汉字等。

  • GB18030：最新的中文码表。收录汉字70244个，采用多字节编码，每个字可以由1个、2个或4个字节组成。支持中国国内少数民族的文字，同时支持繁体汉字以及日韩汉字等。

• Unicode字符集 ：

  • Unicode编码系统为表达任意语言的任意字符而设计，是业界的一种标准，也称为统一码、标准万国码。
  • 它最多使用4个字节的数字来表达每个字母、符号，或者文字。有三种编码方案，UTF-8、UTF-16和UTF-
    32。最为常用的UTF-8编码。
  • UTF-8编码，可以用来表示Unicode标准中任何字符，它是电子邮件、网页及其他存储或传送文字的应用
    中，优先采用的编码。互联网工程工作小组（IETF）要求所有互联网协议都必须支持UTF-8编码。所以，
    我们开发Web应用，也要使用UTF-8编码。它使用一至四个字节为每个字符编码，编码规则：
  1. 128个US-ASCII字符，只需一个字节编码。
  2. 拉丁文等字符，需要二个字节编码。
  3. 大部分常用字（含中文），使用三个字节编码。
  4. 其他极少使用的Unicode辅助字符，使用四字节编码

2.3 编码问题

在IDEA中，使用 FileReader 读取项目中的文本文件。由于IDEA的设置，都是默认的 UTF-8 编码，所以没有任何
问题。但是，当读取Windows系统中创建的文本文件时，由于Windows系统的默认是GBK编码，就会出现乱码。

2.4 OutputStreamWriter

java.io.OutputStreamWriter extends Writer
OutputStreamWriter: 是字符流通向字节流的桥梁：可使用指定的charset将要写入流中的字符编码成字节。（编码：把能看懂的变成看不懂）

继续自父类的共性成员方法:
    - void write(int c) 写入单个字符。
    - void write(char[] cbuf)写入字符数组。
    - abstract  void write(char[] cbuf, int off, int len)写入字符数组的某一部分,off数组的开始索引,len写的字符个数。
    - void write(String str)写入字符串。
    - void write(String str, int off, int len) 写入字符串的某一部分,off字符串的开始索引,len写的字符个数。
    - void flush()刷新该流的缓冲。
    - void close() 关闭此流，但要先刷新它。

构造方法:
    OutputStreamWriter(OutputStream out)创建使用默认字符编码的 OutputStreamWriter。
    OutputStreamWriter(OutputStream out, String charsetName) 创建使用指定字符集的 OutputStreamWriter。
    参数:
        OutputStream out:字节输出流,可以用来写转换之后的字节到文件中
        String charsetName:指定的编码表名称,不区分大小写,可以是utf-8/UTF-8,gbk/GBK,...不指定默认使用UTF-8

使用步骤:
    1.创建OutputStreamWriter对象,构造方法中传递字节输出流和指定的编码表名称
    2.使用OutputStreamWriter对象中的方法write,把字符转换为字节存储缓冲区中(编码)
    3.使用OutputStreamWriter对象中的方法flush,把内存缓冲区中的字节刷新到文件中(使用字节流写字节的过程)
    4.释放资源

public class _01OutputStreamWriter {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        write_gbk();
        write_utf_8();
    }

    private static void write_utf_8() throws IOException {
        OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("src\\heima\\ReverseStream\\utf8.txt"), "utf-8");
        osw.write("你好，亚洲");
        osw.flush();
        osw.close();
    }

    private static void write_gbk() throws IOException {
        OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("src\\heima\\ReverseStream\\gbk.txt"), "GBK");
        osw.write("你好，亚洲");
        osw.flush();
        osw.close();
    }
}

2.5 InputStreamReader

java.io.InputStreamReader extends Reader
InputStreamReader: 是字节流通向字符流的桥梁：它使用指定的charset读取并将其解码为字符。（解码:把看不懂的变成能看懂的）
继承自父类的共性成员方法:
    int read() 读取单个字符并返回。
    int read(char[] cbuf)一次读取多个字符,将字符读入数组。
    void close() 关闭该流并释放与之关联的所有资源。
构造方法:
    InputStreamReader(InputStream in) 创建一个使用默认字符集的 InputStreamReader。
    InputStreamReader(InputStream in, String charsetName) 创建使用指定字符集的 InputStreamReader。
    参数:
        InputStream in:字节输入流,用来读取文件中保存的字节
        String charsetName:指定的编码表名称,不区分大小写,可以是utf-8/UTF-8,gbk/GBK,...不指定默认使用UTF-8
 使用步骤:
    1.创建InputStreamReader对象,构造方法中传递字节输入流和指定的编码表名称
    2.使用InputStreamReader对象中的方法read读取文件
    3.释放资源
 注意事项:
    构造方法中指定的编码表名称要和文件的编码相同,否则会发生乱码

public class _02InputStreamReader {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        read_gbk();
        read_utf8();
    }

    private static void read_utf8() throws IOException {
        InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream("src\\heima\\ReverseStream\\utf8.txt"),"utf-8");

        char[] chars = new char[1024];
        int len = 0;
        while ((len = isr.read(chars)) != -1){
            System.out.println(len);
            System.out.println(chars);
        }
        isr.close();
    }

    private static void read_gbk() throws IOException {
        InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream("src\\heima\\ReverseStream\\gbk.txt"),"GBK");
//        int len = 0;
//        while ((len = isr.read()) != -1) {
//            System.out.print((char) len);
//        }
        char[] chars = new char[1024];
        int len = 0;
        while ((len = isr.read(chars)) != -1){
            System.out.println(len);
            System.out.println(chars);
        }
        isr.close();
    }
}

序列化

3.1 概述

    Java 提供了一种对象序列化的机制。用一个字节序列可以表示一个对象，该字节序列包含该 对象的数据、对象的
类型和对象中存储的属性等信息。字节序列写出到文件之后，相当于文件中持久保存了一个对象的信息。
 
    反之，该字节序列还可以从文件中读取回来，重构对象，对它进行反序列化。对象的数据、对象的类型和对象中
存储的数据 信息，都可以用来在内存中创建对象。

3.2 序列化

java.io.ObjectOutputStream extends OutputStream
ObjectOutputStream: 对象的序列化流
作用:把对象以流的方式写入到文件中保存

构造方法:
    ObjectOutputStream(OutputStream out) 创建写入指定 OutputStream 的 ObjectOutputStream。
    参数:
        OutputStream out:字节输出流
特有的成员方法:
    void writeObject(Object obj) 将指定的对象写入 ObjectOutputStream。

使用步骤:
    1.创建ObjectOutputStream对象,构造方法中传递字节输出流
    2.使用ObjectOutputStream对象中的方法writeObject,把对象写入到文件中
    3.释放资源

/*
    序列化和反序列化的时候,会抛出NotSerializableException没有序列化异常
    类通过实现 java.io.Serializable 接口以启用其序列化功能。未实现此接口的类将无法使其任何状态序列化或反序列化。
    Serializable接口也叫标记型接口
        要进行序列化和反序列化的类必须实现Serializable接口,就会给类添加一个标记
        当我们进行序列化和反序列化的时候,就会检测类上是否有这个标记
            有:就可以序列化和反序列化
            没有:就会抛出 NotSerializableException异常

    static关键字:静态关键字
        静态优先于非静态加载到内存中(静态优先于对象进入到内存中)
        被static修饰的成员变量不能被序列化的,序列化的都是对象

    transient关键字:瞬态关键字
        被transient修饰成员变量,不能被序列化
 */

import java.io.Serializable;

public class Person implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String name;
    private int age;

    public Person() {
    }

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }


    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

public class _01ObjectOutputStream {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("src\\heima\\Serialization\\person.txt"));
        oos.writeObject(new Person("亚洲",18));
        oos.close();
    }
}

3.3 反序列化

java.io.ObjectInputStream extends InputStream
ObjectInputStream:对象的反序列化流
作用:把文件中保存的对象,以流的方式读取出来使用

构造方法:
    ObjectInputStream(InputStream in) 创建从指定 InputStream 读取的 ObjectInputStream。
    参数:
        InputStream in:字节输入流
特有的成员方法:
    Object readObject() 从 ObjectInputStream 读取对象。

使用步骤:
    1.创建ObjectInputStream对象,构造方法中传递字节输入流
    2.使用ObjectInputStream对象中的方法readObject读取保存对象的文件
    3.释放资源
    4.使用读取出来的对象(打印)

 readObject方法声明抛出了ClassNotFoundException(class文件找不到异常)
 当不存在对象的class文件时抛出此异常
 反序列化的前提:
    1.类必须实现Serializable
    2.必须存在类对应的class文件	

public class _02ObjectInputStream {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("src\\heima\\Serialization\\person.txt"));
        Object o = ois.readObject();
        System.out.println(o);
        Person person = (Person) o;
        System.out.println(person.getName() + " " + person.getAge());
        Scanner in = new Scanner(System.in);
    }
}

序列化运行时使用一个称为 serialVersionUID 的版本号与每个可序列化类相关联，该序列号在反序列化过程中用于验证序列化对象的发送者和接收者是否为该对象加载了与序列化兼容的类。如果接收者加载的该对象的类的 serialVersionUID 与对应的发送者的类的版本号不同，则反序列化将会导致 InvalidClassException。可序列化类可以通过声明名为 “serialVersionUID” 的字段（该字段必须是静态 (static)、最终 (final) 的 long 型字段）显式声明其自己的 serialVersionUID：
ANY-ACCESS-MODIFIER static final long serialVersionUID = 42L;
如果可序列化类未显式声明 serialVersionUID，则序列化运行时将基于该类的各个方面计算该类的默认 serialVersionUID 值，如“Java™ 对象序列化规范”中所述。不过，强烈建议 所有可序列化类都显式声明 serialVersionUID 值，原因是计算默认的 serialVersionUID 对类的详细信息具有较高的敏感性，根据编译器实现的不同可能千差万别，这样在反序列化过程中可能会导致意外的 InvalidClassException。因此，为保证 serialVersionUID 值跨不同 java 编译器实现的一致性，序列化类必须声明一个明确的 serialVersionUID 值。还强烈建议使用 private 修饰符显示声明 serialVersionUID（如果可能），原因是这种声明仅应用于直接声明类 – serialVersionUID 字段作为继承成员没有用处。数组类不能声明一个明确的 serialVersionUID，因此它们总是具有默认的计算值，但是数组类没有匹配 serialVersionUID 值的要求。