Java高级特性-IO流

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前言

在Java开发中我们经常会涉及到文件方面的操作，不论是网站的上传文件，还是服务器提供给客户端下载文件，这些都需要我们来处理，那Java中是使用什么来进行文件处理的呢？

Java中涉及到文件输入输出处理的类基本都在IO包中。

接下来我们一起来学习IO这一块的内容吧。

一、什么是IO流

你需要掌握：

1.什么是字节、字符；

2.什么是输入流、什么是输出流。
什么是字节
字节是指一小组相邻的二进制数码。通常是8位作为一个字节。它是构成信息的一个小单位，并作为一个整体来参加操作，比字小，是构成字的单位。

字节(Byte) 是一种计量单位，表示数据量的多少，它是计算机信息技术用于计量存储容量的一种计量单位.

什么是字符
我们想象一下，给你一串二进制码，要你来分辨它是什么含义，是代表数字还是字母还是汉字，你能有效的分辨吗？

显然不能，一般来说，我们是比较难以理解一串二进制码代表的含义的，而且一串二进制码是代表什么含义也无法很直观的表示出来。

我们比较好识别的是文字，字母和符号。

所以就有了字符，字符是指计算机中使用的文字和符号，比如1、2、3、A、B、C、~！·#￥%……—*（）——+、等等。

字符在计算机中可以看做：字节+编码表

什么意思呢？

我们知道，计算机是只识别二进制的，但是我们日常操作电脑，需要输入文字，字母，数字这些，我们不可能先去记住一串二进制数字，比如说A这个字母的二进制是什么，因为这样太麻烦，也记不住，所以编码表，就诞生了，编码表的作用就是在我们进行输入的时候，将我们输入的字符转换成计算机能识别的二进制，在我们阅读数据的时候，将二进制转换成我们人能识别的文字字母和数字。

最先普及的就要数ASCLL码表了，ASCLL码表是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，主要用于显示现代英语和其他西欧语言。

看到这你肯定会有疑问，这ASCLL码表只有英语和西欧语呀，那汉语呢，其他语言呢？

是的，自从ASCLL码表推出之后，很多国家也都推出了本国语言的编码表。像中国就有GB2312，GBK等等。

现在我们一起设想一个场景，当我们编辑一个文本文件，输入了很多字符，这些字符都用ASCLL码表编码，然后我们查看这个文本文件的时候，是使用的GBK码表解码，会出现什么问题吗？

相信你已经有答案了，这会出现软件开发中非常常见的问题：乱码。

当我们对字节进行编码的时候使用的是一种编码表，而解码的时候使用的是另一种编码表的时候，就会出现乱码的问题了，是因为每一个编码表，它的字符对应二进制的字节是不一致的。

但是互联网是一个互联互通的平台，所以如果每个国家都使用自己的一套编码器，就会出现许多问题。

在1992年的时候，推出了UTF-8编码规范，是一种针对Unicode的可变长度字符编码，又称万国码，UTF-8用1到6个字节编码Unicode字符。用在网页上可以统一页面显示中文简体繁体及其它语言（如英文，日文，韩文）。

UTF-8也是我们目前在应用开发中使用的最多的编码格式。

Java中默认采用的是Unicode编码格式（具体来说是UTF-16编码）。

什么是IO流
IO流中的IO是Input，Output，输入和输出的意思，是用来处理设备与设备之间的数据传输的，不仅能处理内部设备（比如CPU、GPU、内存），还能处理外部设备（比如手机和PC，客户端与服务器）。

在Java中定义数据按照流向，分为输入流和输出流。

首先我们来了解输入流，从字面上就很容易理解，凡是从外部流入的数据都可以通过输入流来处理。比如读取文件。

输出流，就表示从内部流出的数据，比如：我们编辑了一个文本文件，当我们按下ctrl+s的时候，就将该文件从内存保存到了硬盘，这就是一个将数据从内存中输出到硬盘的过程。

除了输出和输入流，流按照操作的数据还分为：字节流和字符流。

总体结构如下图：

好了，IO流的简单介绍就到这里啦，使用本关所学知识来完成选择题吧。

1、下列关于字节和字符的说法正确的是（）
A、字节=字符+编码
B、字符=字节+编码
C、字节=字符+解码
D、字符=字节+解码
正确答案：BC
2、下列描述正确的是：（ ）
A、使用代码读取一个文件的数据时，应该使用输出流
B、使用代码复制文件的时候，只需要使用输出流
C、使用代码读取一个文本文件的数据时，只需要使用输入流即可
D、从客户端向服务端发送数据可以使用输入流
正确答案：C

二、字节流-输入输出

相关知识
为了完成本关任务，你需要掌握：

1.如何使用输入流；

2.如何使用输出流。

输入流
我们通过一个示例，来看看输入流应该如何使用，首先我们在D盘下创建一个hello.txt文件。输入文本Hello Java Hello InputStream。

在main方法中加入如下代码：

输出：

Hello Java Hello InputStream

代码解释：

这个例子我们主要目的是，读取文件中的数据并将数据显示在控制台。

实现步骤是：首先读取文件转换成文件输入流（FileInputStream），然后定义一个字节数组作为容器用来存储即将读取到的数据。fs.read(b)函数的作用是将数据读取到b数组中，最后通过编码表，将字节数组编码成字符。

输出流
我们使用输出流将字符串hello educoder写入到一个文件中：

运行这段代码，打开D盘下你会发现test.txt文件被创建了，并且文件的内容是hello educoder。

代码解释：

最佳实践
上面作为示例的两段代码都是存在很大问题的，什么问题呢？

因为在Java中对于流的操作是非常消耗资源的，如果我们使用流对一个资源进行操作了之后却没有释放它的资源，这就会造成系统资源的浪费，如果积累了很多这种空置的资源，最后可能会导致系统崩溃。

上述代码的最佳实践为：

OutputStream out = null;
try {
    String file = "D://test.txt";
    out = new FileOutputStream(file);
    String str = "hello educoder";
    byte[] b = str.getBytes();
    out.write(b);
    out.flush();
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    if (out != null) {
        try {
            out.close(); // 释放该输出流
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

核心就是在使用完流之后，释放它所占用的资源。
注意：临时字节数组需要定义长度为8位，否则会有空格。

三、字符流 - 输入输出

相关知识
为了完成本关任务，你需要掌握：

1.如何使用字符流读数据；

2.如何使用字符流写数据。

Writer
字符流的使用很简单，和字节输入流类似，以FileWriter举例：

执行上述代码即可看到在D盘下创建了一个名为hello.txt的文件，文件的内容为hello。

上面代码fw.flush()和fw.close()也可以省略fw.flush()，只写fw.close()就可以了，但是都省略是不对的，如果都省略你会发现文本没有写入到hello.txt文件。

Reader
Reader的使用也很简单，以FileReader为例：

输出：

hello+ 1019个空格

使用上述代码的会输出hello.txt中的内容，但是会有一个问题：输出hello的同时还输出了1019个空格，这是什么原因呢，如何解决这些问题呢？请你思考。

四、复制文件

相关知识
上一点中最后，我们遇到了一个问题：hello.txt文件只有五个字符，而用来存储字符的数组有1024个字符，直接使用FileReader的read()方法读取然后输出就会有1019个空字符，如何来解决这个问题呢？

很容易想到的方法就是，我们定义一个长度为5的字符数组就可以了，这样确实可以暂时解决问题，可是我们往往不知道读取的文件有多大，如果文件中不止5个字符，而是有几万个字符我们又应该怎么办呢？

这就需要我们深入的了解IO流的常用函数了。
read()方法
我们来看read方法的详细解释：

理解了read方法，之前的问题就好解决了。

代码：

String file = "D://hello.txt";
FileReader fr = new FileReader(file);
char[] cbuf = new char[1024];
int len = fr.read(cbuf);//将数据读入到cbuf中并返回读取到的数据长度
StringBuilder builder = new StringBuilder();
builder.append(cbuf,0,len); //将cbuf 0 到len长度的数据添加到builder 
System.out.println(builder.toString());

运行这段代码，我们会发现输出是正确的，没有再打印出多余的空格。

可能我们又会有疑问了，如果文本文件大于1K，这段代码肯定就行不通了，怎么办呢？

很简单，加个循环就可以啦：

String file = "D://hello.txt";
FileReader fr = new FileReader(file);
char[] cbuf = new char[1024];
int len = 0; // 每次读取的长度
StringBuilder builder = new StringBuilder();
while ((len = fr.read(cbuf)) != -1) {
    builder.append(cbuf,0,len);
}
System.out.println(builder.toString());

这样修改之后我们就可以读取任意的文件，并将其内容输出到控制台了。

write()方法
write()方法有两种常用的重载方法：

理解了这两种方法，我们现在如果要复制一个文本文件就很方便了，现在我们就来将D盘下hello.txt文件复制到E盘下，并重命名为abc.txt：

FileReader fr = new FileReader("D://hello.txt"); //定义FileReader读取文件
int len = 0;    //每次读取的字符数量
char[] cbuf = new char[1024];    //每次读取数据的缓冲区
FileWriter fw = new FileWriter("E://abc.txt"); //定义FileWriter写文件
while((len = fr.read(cbuf)) != -1){
    fw.write(cbuf,0,len);
}
fw.close();    //释放资源 刷新缓冲区
fr.close();

这段代码就是一个边读边写的过程，运行之后我们发现E盘下已经有了abc.txt文件并且内容和hello.txt一致。

使用字节流读写文件
到目前为止我们一直操作的都是文本文件，不过我们计算机中存储的文件可不止有文本文件，还有很多其他类型的，比如图片，视频，等等。

如果要对非文本类型的文件进行操作，应该怎么做呢？这个时候字符流还能不能派上用场呢？

答案是否定的，字符流只适用于操作字符类型的文件，不能操作非字符类型的。

所以这个时候应该用什么来操作呢？

相信你已经想到了：字节流。

是的我们需要使用字节流来操作非字符类文件。

接下来，我们使用字节流来复制一个图片文件，代码：

FileInputStream fs = new FileInputStream("D://user.jpg"); //定义文件输入流读取文件信息
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("E://new.jpg");//定义文件输出流写文件
int len = 0;        //每次读取数据的长度
byte[] bys = new byte[1024];    //数据缓冲区
while( (len = fs.read(bys)) != -1){
    fos.write(bys, 0, len);
}
//释放资源  刷新缓冲区
fs.close();
fos.close();

运行即可看到E盘下生成了一个名为new.jpg的文件，且内容和user.jpg一致
可以发现上述代码和之前的字符流很像，确实原理都是类似的。

可能学到这，你会有很多疑问：

扩展
使用BufferedReader读取字符文件的速度要比我们之前使用的字节流和FileReader快很多，示例代码：

BufferedReader bf = new BufferedReader(new FileReader("D://hello.txt"));
BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter("D://abc.txt"));
String str = "";
while( (str = bf.readLine()) != null){
    writer.write(str);
}
bf.close();
writer.close();

五、总结

本篇文章主要总结了IO流的相关知识点，希望对大家有所帮助！