[JDK1.8] Java-I/O流使用概述

概述

Java I/O分为两大类: 字节与数字型 I/O 和 字符与文本型 I/O。而Java中提供的所有I/O操作类，都是基于流(Stream)的概念。

流（Stream）即非确定长度的有序字节序列。
无论是字节流还是字符流，二者都是基于字节数据，只不过数据的宽度不同。
Java中默认 字节流按照1byte(8bit)单位数据量读取，字符流按照2byte(16bit，即Java默认的内存字符存储格式 Unicode(UTF-16))。

按照上述两种概念，Java在具体实现当中，提供了如下两种方式：

• 字节输入流（InputStream）与字节输出流（OutputStream）
• 字符输入流（Reader）与字符输出流（Writer）

用户可以通过上述两种流操作，进行本地数据、网络数据的读写，也可以通过这些流操作达成程序间数据交互的目的。Java还在基本读写功能的基础上，提供了压缩、加密、数据过滤等功能类。

本文的重点在于介绍基础I/O读写操作类及相互之间的关系。

I/O流类介绍

Java 8中java.io包下所有的流关系图如下：

关于每个类的概要描述，可以参考 java.io包类摘要，或者到官网查询相关的文档资料，也可以下载相关的源码进行阅读。

节点流和处理流

Java当中按照流的处理位置，还可以分为节点流和处理流。

• 节点流 可以从或向一个特定的地方（节点）读写数据。
• 处理流 是对一个已存在的流的连接和封装，通过所封装的流的功能调用实现数据读写。处理流的构造方法总是要带一个其他的流对象做参数。一个流对象经过其他流的多次包装，称为流的链接。

节点流类

节点流类在java.io中所占比例较少，主要用于最基本的数据处理：
abstract InputStream
- ByteArrayInputStream 字节数组输入流，区别于CharArrayReader
- FileInputStream 文件字节输入流，区别于FileReader
- PipedInputStream 管道字节输入流，区别于PipedReader
- StringBufferInputStrem 已过时，使用StringReader替代
abstract OutputStream
- ByteArrayOutputStream 字节数组输出流，区别于CharArrayWriter
- FileOutputStream 文件字节输出流，区别于FileWriter
- PipedOutputStream 管道字节输出流，区别于PipedWriter
abstract Reader
- CharArrayReader 字符数组输入流，区别于ByteArrayReader
- FileReader 文件字符输入流，区别于FileInputStream
abstract Writer
- CharArrayWriter 字符数组输出流，区别于ByteArrayWriter
- FileWriter 文件字符输出流，区别于FileOutputStream
- PipedWriter 管道字符输出流，区别于PipedOutputStream
- StringWriter 字符串输出流，不会抛出IOException

处理流类

从java.io包中类的角度讲，继承了 FilterInputStream, FilterOutputStream, FilterReader, FilterWriter的类均为是处理流。

这四个类及其子类，如基类命名的Filter一样，是作为”过滤”的中间介质存在，可以对已存在的流进行过滤处理，包含加密、压缩、转译、缓冲等特殊操作。譬如使用BufferedInputStream过滤FileInputStream，即可拥有缓冲功能，从而提高文件读取性能。在java.io以外的包，譬如java.security中有关于信息加密解密的流，亦继承于FilterInputStream等过滤类。
值得注意的是，上述四个Filter类中，字符流的两个Filter基类(FilterReader/FilterWriter)均为抽象(abstract)方法，而字节流的是具体方法。

继承Filter类的处理流类有：
FilterInputStream
- BufferedInputStream 缓冲字节输入流，System.in 即为该类的一个实例
- DataInputStream 数据字节输入流
- PushbackInputStream 推回字节输入流
- LineNumberInputStream 已过时，使用LineNumberReader替代
FilterOutputStream
- BufferedOutputStream 缓冲字节输出流
- DataOutputStream 数据字节输出流
- PrintStream（不会抛出IOException）打印字节流，System.err和System.out是该类的实例
abstract FilterReader
- PushbackReader 推回字符输入流
abstract FilterWriter java.io包中无对应的子类实现

除Filter相关类外，其余的处理流类如下：
abstract InputStream
- ObjectInputStream 对象字节输入流，与ObjectOutputStream配套使用
- SequenceInputStream 序列字节输入流，用于串行多个InputStream处理
abstract OutputStream
- ObjectOutputStream 对象字节输出流，与ObjectInputStream配套使用
abstract Reader
- BufferedReader 缓冲字符输入流
- LineNumberReader 按行读取字符输入流，是BufferedReader的子类
- InputStreamReader 字节流-字符流桥接类
abstract Writer
- BufferedWriter 缓冲字符输出流
- LineNumberWriter 按行读取字符输出流，是BufferedWriter的子类
- OutputStreamWriter 字节流-字符流桥接类
- PrintWriter 打印字符输出流，类方法不会抛出I/O Exception

功能划分

从功能需求的角度，java.io中提供的若干个类，在不考虑字节流和字符流区分的情况下，一些基本或特殊功能的使用原则如下：

基本分类

处理文件（可根据文件类型进行选择）
- FileInputStream
- FileOutputStream
- FileReader
- FileWriter
按行处理文件（按行处理文本数据）
- LineNumberReader
处理字节数组byte[]
- ByteArrayInputStream
- ByteArrayOutputStream
处理字符数组char[]
- CharArrayReader
- CharArrayWriter
处理字符串
- StringReader
- StringWriter
处理网络数据流（网络数据包括）
- InputStream
- OutputStream
- Reader
- Writer
格式化输出（格式化输出字节或字符数据） ：
- PrintStream
- PrintWriter
使用缓冲功能（使用一块缓冲区域保存数据后一次写入以提高性能） ：
- BufferedInputStream
- BufferedOuputStream
- BufferedReader
- BufferedWriter
字节流转字符流（字节流数据向字符流数据的转换媒介）：
- InputStreamReader
- OutputStreamWriter
进程间通信：
- PipedInputStream 只能连接PipedOutputStream
- PipedOutputStream
- PipedReader 只能连接PipedWriter
- PipedWriter
推回输入流（多用于Parser场景，譬如编译器之类）：
- PushbackInputStream
- PushbackReader
组合输入流（多个输入流的macro类）：
- SequenceInputStream

补充说明

最后补充几个小笔记：

• PrintStream在JDK1.1时被标注Deprecated，又在JDK1.2时移除该标注，仅因为System.out使用PrintStream实现，从而导致该类无法被抛弃。
• OutputStream的flush方法会清空对应缓冲区。
• FileInputStream的finalize方法在FileInputStream对象被GC时进行调用，以确保文件在垃圾回收前被关闭。不需要手动调用finalize方法，但是如果继承了该类，则必须在子类中调用super.finalize()方法。
• 可以同时通过多个FileInputStream流处理同一文件，而输出流则不行（涉及同步等问题）。
• PrintStream可用来将输出流重定向，譬如写入一个文本等等。
• 虽然FilterInputStream和FilterOuputStream没有abstract修饰，但是其构造函数有protected修饰，故而只能通过子类创建对应对象。

本文舍弃了诸多类的方法、细节实现描述，假如一一叙述，篇幅则会过长，且并非本文目标。
如需了解详细内容，建议在使用的同时翻阅相应的源码、书籍，而不是一次性接收，否则，后续仍会遗忘其设计初衷。

参考链接

• java IO选择流的原则及其与IO流相关类的关系
• IO流输入输出流，字符字节流
• 深入了解JDK1.8 从Package java.io开始
  
• Java IO
• JAVA的节点流和处理流
• IO、文件、NIO