Java中的IO流（最详细解说）

一、File类的使用

• java.io.File类：文件和文件目录路径的抽象表示形式，与平台无关
• File 能新建、删除、重命名文件和目录，但 File 不能访问文件内容本身。
  如果需要访问文件内容本身，则需要使用输入/输出流。
• 想要在Java程序中表示一个真实存在的文件或目录，那么必须有一个File对象，但是Java程序中的一个File对象，可能没有一个真实存在的文件或目录。
• File对象可以作为参数传递给流的构造器

1.常用构造器

• public File(String pathname)
  以pathname为路径创建File对象，可以是绝对路径或者相对路径，如果pathname是相对路径，则默认的当前路径在系统属性user.dir中存储。
  绝对路径：是一个固定的路径,从盘符开始
  相对路径：是相对于某个位置开始
• public File(String parent,String child)
  以parent为父路径，child为子路径创建File对象。
• public File(File parent,String child)
  根据一个父File对象和子文件路径创建File对象

举例说明：

@Test
    public void test1(){
        //构造器1
        File file1 = new File("hello.txt");//相对于当前module
        File file2 =  new File("E:\\Me\\src\\study1\\he.txt");

        System.out.println(file1);
        System.out.println(file2);

        //构造器2：
        File file3 = new File("D:\\workspace_idea1","JavaSenior");
        System.out.println(file3);

        //构造器3：
        File file4 = new File(file3,"hi.txt");
        System.out.println(file4);
    }

2.路径分隔符

• 路径中的每级目录之间用一个路径分隔符隔开。
• 路径分隔符和系统有关：
   windows和DOS系统默认使用“\”来表示
   UNIX和URL使用“/”来表示
• Java程序支持跨平台运行，因此路径分隔符要慎用。
• 为了解决这个隐患，File类提供了一个常量：
  public static final String separator。根据操作系统，动态的提供分隔符。
   举例：

File file1 = new File("d:\\atguigu\\info.txt");
File file2 = new File("d:" + File.separator + "atguigu" + File.separator + "info.txt");
File file3 = new File("d:/atguigu");

3.常用方法

• File类的获取功能

public String getAbsolutePath()：获取绝对路径
public String getPath() ：获取路径
public String getName() ：获取名称
public String getParent()：获取上层文件目录路径。若无，返回null
public long length() ：获取文件长度（即：字节数）。不能获取目录的长度。
public long lastModified() ：获取最后一次的修改时间，毫秒值
public String[] list() ：获取指定目录下的所有文件或者文件目录的名称数组
public File[] listFiles() ：获取指定目录下的所有文件或者文件目录的File数组

举例：

@Test
    public void test2(){
        File file1 = new File("hello.txt");

        System.out.println(file1.getAbsolutePath());
        System.out.println(file1.getPath());
        System.out.println(file1.getName());
        System.out.println(file1.getParent());
        System.out.println(file1.length());
        System.out.println(new Date(file1.lastModified()));
    }

• File类的重命名功能

public boolean renameTo(File dest):把文件重命名为指定的文件路径

举例：

@Test
    public void test4(){
        File file1 = new File("hello.txt");
        File file2 = new File("D:\\io\\hi.txt");

        boolean renameTo = file2.renameTo(file1);
        System.out.println(renameTo);

    }

• File类的判断功能

public boolean isDirectory()：判断是否是文件目录
public boolean isFile() ：判断是否是文件
public boolean exists() ：判断是否存在
public boolean canRead() ：判断是否可读
public boolean canWrite() ：判断是否可写
public boolean isHidden() ：判断是否隐藏

举例：

@Test
    public void test5(){
        File file1 = new File("hello.txt");
        System.out.println(file1.isDirectory());
        System.out.println(file1.isFile());
        System.out.println(file1.exists());
        System.out.println(file1.canRead());
        System.out.println(file1.canWrite());
        System.out.println(file1.isHidden());
    }

• File类的创建功能

public boolean createNewFile() ：创建文件。若文件存在，则不创建，返回false
public boolean mkdir() ：创建文件目录。如果此文件目录存在，就不创建了。
如果此文件目录的上层目录不存在，也不创建。
public boolean mkdirs() ：创建文件目录。如果上层文件目录不存在，一并创建

注意事项：如果你创建文件或者文件目录没有写盘符路径，那么，默认在项目路径下。

举例：

@Test
    public void test7(){
        //文件的创建
        
        File file1 = new File("io1.txt");
        if(!file1.exists()){
            //文件的创建
            try {
                file1.createNewFile();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("创建成功");
        }
        //文件目录的创建
        //方式1：
        File file2 = new File("e:\\io\\io1\\io3");

        boolean mkdir1 = file2.mkdir();
        if(mkdir1){
            System.out.println("创建成功1");
        }
        //方式2
        File file3 = new File("e:\\io\\io1\\名词总结");
        boolean mkdir2 = file3.mkdirs();
        if(mkdir2){
            System.out.println("创建成功2");
        }
        //要想删除成功，io4文件目录下不能有子目录或文件
        File file4 = new File("D:\\io\\io1");
        System.out.println(file3.delete());
    }

• File类的删除功能

public boolean delete()：删除文件或者文件夹
删除注意事项：
Java中的删除不走回收站。
要删除一个文件目录，请注意该文件目录内不能包含文件或者文件目录

二、IO流原理

Java 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。

三、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)
• 按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
  节点流：直接从数据源或目的地读写数据
  处理流：不直接连接到数据源或目的地，而是“连接”在已存在的流（节点流或处理流）之上，通过对数据的处理为程序提供更为强大的读写功能。
• 流的体系结构：
  

1.Java的IO流共涉及40多个类，实际上非常规则，都是从以上4个抽象基类派生的。
2.由这四个类派生出来的子类名称都是以其父类名作为子类名后缀。
IO 流体系

1.输入流

(1)InputStream & Reader

• InputStream 和 Reader 是所有输入流的基类。
• InputStream（典型实现：FileInputStream）
  int read()
  int read(byte[] b)
  int read(byte[] b, int off, int len)
• Reader（典型实现：FileReader）
  int read()
  int read(char [] c)
  int read(char [] c, int off, int len)
• 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 从文件系统中的某个文件中获得输入字节。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

(2)InputStream

• 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。

(3)Reader

• int read()
  读取单个字符。作为整数读取的字符，范围在 0 到 65535 之间 (0x00-0xffff)（2个字节的Unicode码），如果已到达流的末尾，则返回 -1
• int read(char[] cbuf)
  将字符读入数组。如果已到达流的末尾，则返回 -1。否则返回本次读取的字符数。
• int read(char[] cbuf,int off,int len)
  将字符读入数组的某一部分。存到数组cbuf中，从off处开始存储，最多读len个字符。如果已到达流的末尾，则返回 -1。否则返回本次读取的字符数。
• 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。

2.输出流

(1)OutputStream & Writer

• OutputStream 和 Writer 也非常相似：
   void write(int b/int c);
   void write(byte[] b/char[] cbuf);
   void write(byte[] b/char[] buff, int off, int len);
   void flush();
   void close(); 需要先刷新，再关闭此流
• 因为字符流直接以字符作为操作单位，所以 Writer 可以用字符串来替换字符数组，即以 String 对象作为参数
   void write(String str);
   void write(String str, int off, int len);
• FileOutputStream 从文件系统中的某个文件中获得输出字节。FileOutputStream 用于写出非文本数据之类的原始字节流。要写出字符流，需要使用 FileWriter

(2)OutputStream

• 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。

(3)Writer

• void write(int c)
  写入单个字符。要写入的字符包含在给定整数值的 16 个低位中，16 高位被忽略。 即写入0 到 65535 之间的Unicode码。
• void write(char[] cbuf)
  写入字符数组。
• void write(char[] cbuf,int off,int len)
  写入字符数组的某一部分。从off开始，写入len个字符
• 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。
• void flush()
  刷新该流的缓冲，则立即将它们写入预期目标。
• 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。

3.节点流

(1)读取文件（输入）

主要步骤：

说明点：
1. read()的理解：返回读入的一个字符。如果达到文件末尾，返回-1
2. 异常的处理：为了保证流资源一定可以执行关闭操作。需要使用try-catch-finally处理
3. 读入的文件一定要存在，否则就会报FileNotFoundException。
举例说明：

1.字符输入FileReader (read(char[] cbuf))

@Test
   public void testFileReader1()  {
       FileReader fr = null;
       try {
           //1.File类的实例化
           File file = new File("hello.txt");

           //2.FileReader流的实例化
           fr = new FileReader(file);

           //3.读入的操作
           //read(char[] cbuf):返回每次读入cbuf数组中的字符的个数。如果达到文件末尾，返回-1
           char[] cbuf = new char[5];
           int len;
           while((len = fr.read(cbuf)) != -1){
               //方式一：
               //错误的写法
//                for(int i = 0;i < cbuf.length;i++){
//                    System.out.print(cbuf[i]);
//                }
               //正确的写法
//                for(int i = 0;i < len;i++){
//                    System.out.print(cbuf[i]);
//                }
               //方式二：
               //错误的写法,对应着方式一的错误的写法
//                String str = new String(cbuf);
//                System.out.print(str);
               //正确的写法
               String str = new String(cbuf,0,len);
               System.out.print(str);
           }
       } catch (IOException e) {
           e.printStackTrace();
       } finally {
           if(fr != null){
               //4.资源的关闭
               try {
                   fr.close();
               } catch (IOException e) {
                   e.printStackTrace();
               }

           }
       }

   }

2.字节输入FileInputStream (read(byte[] buffer))：

 //使用字节流FileInputStream处理文本文件，可能出现乱码。
    @Test
    public void testFileInputStream() {
        FileInputStream fis = null;
        try {
            //1. 造文件
            File file = new File("hello.txt");

            //2.造流
            fis = new FileInputStream(file);

            //3.读数据
            byte[] buffer = new byte[5];
            int len;//记录每次读取的字节的个数
            while((len = fis.read(buffer)) != -1){

                String str = new String(buffer,0,len);
                System.out.print(str);

            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(fis != null){
                //4.关闭资源
                try {
                    fis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }
    }

(2)写入文件（输出）

主要步骤：

说明：
1. 输出操作，对应的File可以不存在的。并不会报异常
2.
File对应的硬盘中的文件如果不存在，在输出的过程中，会自动创建此文件。
File对应的硬盘中的文件如果存在：
如果流使用的构造器是：FileWriter(file,false) / FileWriter(file):对原有文件的覆盖
如果流使用的构造器是：FileWriter(file,true):不会对原有文件覆盖，而是在原有文件基础上追加内容

1.字符输出FileWriter (write(char[] cbuf,0,len)

一般写法：

@Test
    public void testFileWriter() {
        FileWriter fw = null;
        try {
            //1.提供File类的对象，指明写出到的文件
            File file = new File("hello1.txt");

            //2.提供FileWriter的对象，用于数据的写出
           fw = new FileWriter(file,false);

            //3.写出的操作
            fw.write("I have a dream!\n");
            fw.write("you need to have a dream!");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //4.流资源的关闭
            if(fw != null){

                try {
                    fw.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }


    }

升级操作（一个读取一个写入）：

@Test
    public void testFileReaderFileWriter() {
        FileReader fr = null;
        FileWriter fw = null;
        try {
            //1.创建File类的对象，指明读入和写出的文件
            File srcFile = new File("hello.txt");
            File destFile = new File("hello2.txt");

            //不能使用字符流来处理图片等字节数据
//            File srcFile = new File("爱情与友情.jpg");
//            File destFile = new File("爱情与友情1.jpg");


            //2.创建输入流和输出流的对象
            fr = new FileReader(srcFile);
            fw = new FileWriter(destFile);


            //3.数据的读入和写出操作
            char[] cbuf = new char[5];
            int len;//记录每次读入到cbuf数组中的字符的个数
            while((len = fr.read(cbuf)) != -1){
                //每次写出len个字符
                fw.write(cbuf,0,len);

            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //4.关闭流资源
            try {
                if(fw != null)
                    fw.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            try {
                if(fr != null)
                    fr.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

2.字符输出FileOutputStream (write(byte[] buffer,0,len)

@Test
    public void testFileInputOutputStream()  {
        FileInputStream fis = null;
        FileOutputStream fos = null;
        try {
            //
            File srcFile = new File("爱情与友情.jpg");
            File destFile = new File("爱情与友情2.jpg");

            //
            fis = new FileInputStream(srcFile);
            fos = new FileOutputStream(destFile);

            //复制的过程
            byte[] buffer = new byte[5];
            int len;
            while((len = fis.read(buffer)) != -1){
                fos.write(buffer,0,len);
            }

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(fos != null){
                //
                try {
                    fos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(fis != null){
                try {
                    fis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }

    }

(3)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。

4.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
• 当读取数据时，数据按块读入缓冲区，其后的读操作则直接访问缓冲区
• 当使用BufferedInputStream读取字节文件时，BufferedInputStream会一次性从文件中读取8192个(8Kb)，存在缓冲区中，直到缓冲区装满了，才重新从文件中读取下一个8192个字节数组。
• 向流中写入字节时，不会直接写到文件，先写到缓冲区中直到缓冲区写满，BufferedOutputStream才会把缓冲区中的数据一次性写到文件里。使用方法flush()可以强制将缓冲区的内容全部写入输出流
• 关闭流的顺序和打开流的顺序相反。只要关闭最外层流即可，关闭最外层流也会相应关闭内层节点流
• flush()方法的使用：手动将buffer中内容写入文件
• 如果是带缓冲区的流对象的close()方法，不但会关闭流，还会在关闭流之前刷新缓冲区，关闭后不能再写出
• 关闭外层流的同时，内层流也会自动的进行关闭。关于内层流的关闭，我们可以省略.

具体写法：

 @Test
    public void BufferedStreamTest() throws FileNotFoundException {
        BufferedInputStream bis = null;
        BufferedOutputStream bos = null;

        try {
            //1.造文件
            File srcFile = new File("爱情与友情.jpg");
            File destFile = new File("爱情与友情3.jpg");
            //2.造流
            //2.1 造节点流
            FileInputStream fis = new FileInputStream((srcFile));
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream(destFile);
            //2.2 造缓冲流
            bis = new BufferedInputStream(fis);
            bos = new BufferedOutputStream(fos);

            //3.复制的细节：读取、写入
            byte[] buffer = new byte[10];
            int len;
            while((len = bis.read(buffer)) != -1){
                bos.write(buffer,0,len);

//                bos.flush();//刷新缓冲区
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //4.资源关闭
            //要求：先关闭外层的流，再关闭内层的流
            if(bos != null){
                try {
                    bos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(bis != null){
                try {
                    bis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            //说明：关闭外层流的同时，内层流也会自动的进行关闭。关于内层流的关闭，我们可以省略.
//        fos.close();
//        fis.close();
        }
    }

5.转换流

（1）概述

• 转换流提供了在字节流和字符流之间的转换
• Java API提供了两个转换流：
  InputStreamReader：将InputStream转换为Reader（将一个字节的输入流转换为字符的输入流）
  OutputStreamWriter：将Writer转换为OutputStream（将一个字符的输出流转换为字节的输出流 ）
• 字节流中的数据都是字符时，转成字符流操作更高效。
• 很多时候我们使用转换流来处理文件乱码问题。实现编码和解码的功能。
• 解码：字节、字节数组 —>字符数组、字符串
  编码：字符数组、字符串 —> 字节、字节数组
  举例：

 @Test
    public void test1() throws IOException {

        FileInputStream fis = new FileInputStream("dbcp.txt");
//        InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis);//使用系统默认的字符集
        //参数2指明了字符集，具体使用哪个字符集，取决于文件dbcp.txt保存时使用的字符集
        InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis,"UTF-8");//使用系统默认的字符集

        char[] cbuf = new char[20];
        int len;
        while((len = isr.read(cbuf)) != -1){
            String str = new String(cbuf,0,len);
            System.out.print(str);
        }

        isr.close();

    }

综合使用InputStreamReader和OutputStreamWriter

@Test
    public void test2() throws Exception {
        //1.造文件、造流
        File file1 = new File("dbcp.txt");
        File file2 = new File("dbcp_gbk.txt");

        FileInputStream fis = new FileInputStream(file1);
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file2);

        InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis,"utf-8");
        OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(fos,"gbk");
        //2.读写过程
        char[] cbuf = new char[20];
        int len;
        while((len = isr.read(cbuf)) != -1){
            osw.write(cbuf,0,len);
        }
        //3.关闭资源
        isr.close();
        osw.close();
    }
}

（3）补充:字符编码

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。

6.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)

举例：
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。

方法一：使用Scanner实现，调用next()返回一个字符串
方法二：使用System.in实现。System.in  --->  转换流 ---> BufferedReader的readLine()

public static void main(String[] args) {
        BufferedReader br = null;
        try {
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(System.in);
            br = new BufferedReader(isr);

            while (true) {
                System.out.println("请输入字符串：");
                String data = br.readLine();
                if ("e".equalsIgnoreCase(data) || "exit".equalsIgnoreCase(data)) {
                    System.out.println("程序结束");
                    break;
                }

                String upperCase = data.toUpperCase();
                System.out.println(upperCase);

            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (br != null) {
                try {
                    br.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }
    }