Java学习笔记09——输入输出流

1、File类

在程序运行期间，可能需要读取文件属性或创建新文件等，这时就需要使用File类。File类的对象主要用于获取文件本身的信息（属性），而不涉及对文件的读写操作（内容）。

File对象的构造方法：

File(String pathname);              // 通过将给定的路径名字符串转换为抽象路径名来创建一个新的File实例。
File(String parent, String child);  // 从父路径名字符串和子路径名字符串创建一个新的File实例
File(File parent, String child);    // 从父抽象路径名和子路径名字符串创建一个新的File实例。
File(URI uri);                      // 通过将给定的File: URI转换为抽象路径名来创建一个新的File实例。

不同平台路径分隔符的区别：Windows平台使用\作为路径分隔符，在Java字符串中需要用\\表示一个\（第一个\为转义字符）。Unix平台使用/作为路径分隔符。

File类的常用方法：

1. 文件相关
   • public boolean exists(); 文件是否存在
   • public boolean createNewFile(); 文件不存在时，创建文件
   • public String getName(); 获取文件名
   • public boolean canRead(); 文件是否可读
   • public boolean canWrite(); 文件是否可被写入
   • public boolean isFile(); 判断是否是文件（非目录）
   • public long length(); 文件的字节长度
   • public String getAbsolutePath(); 获取文件的绝对路径
   • public boolean isHidden(); 判断文件是否隐藏
   • public boolean isAbsolute(); 判断文件路径是否为绝对路径
   • public long lastModified(); 获取文件的最后修改时间
   • public boolean delete(); 文件无子目录时，删除文件
2. 目录相关
   • public boolean mkdir(); 目录不存在时，创建目录
   • public boolean isDirectory(); 判断是否是目录
   • public String getParent(); 获取文件的父目录
   • public String[] list(); 用字符串数组返回目录下的全部文件
   • public File[] listFiles(); 以File对象数组返回目录下的所有文件
   • public String[] list(FilenameFilter filter); 用字符串数组返回符合filter条件的目录下的全部文件
   • public File[] listFiles(FilenameFilter filter) 用File对象数组返回符合filter条件的目录下的全部文件
   • public File[] listFiles(FileFilter filter) 用File对象数组返回符合filter条件的目录下的全部文件

2、输入、输出流的基本概念

当程序需要从外部存储媒介或程序中读取数据时，就需要使用输入流；当程序需要将处理的结果写入存储媒介或者传送给其他程序时，就需要使用输出流。

java.io包（I/O流库）提供大量的流类用于传输数据，所有输入流都是抽象类InputStream（字节输入流）或抽象类Reader（字符输入流）的子类。所有输入流都是抽象类OuputStream（字节输出流）或抽象类Writer（字符输出流）的子类。

关于字节流和字符流的区别可以参考我的文章：字符串的使用>字符串与字符数组、字节数组。

使用输入流通常包括四个基本步骤：

1. 设定输入流的源。
2. 创建指向源的输入流。
3. 让输入流读取源中的数据。
4. 关闭输入流。

使用输出流同样包括四个基本步骤：

1. 给出输出流的目的地。
2. 创建指向目的地的输出流。
3. 让输出流把数据写入到目的地。
4. 关闭输出流。

流类最常用的方法为：

类名(String name);   // 构造方法，通过文件名指定源或目的地
类名(File file);     // 构造方法，通过File对象指定源或目的地
read();  // 输入流读取数据。
write(); // 输出流写入数据。
close(); // 关闭流。

流类的构造方法会抛出FileNotFoundException异常，例如文件不存在、是目录而不是常规文件，或者由于其他原因无法打开读取。因此程序必须在try-catch语句中创建流。

3、文件字节输入流、输出流

文件字节输入流 FileInputStream

文件字节输入流的 read 方法以字节为单位读取源中的数据。

• int read()方法以整数形式返回单个字节的数据，未读出字节就返回-1。
• int read(byte[] b)方法试图读取b.length个字节到字节数组b中，返回读取到的总字节个数，达到文件末尾就返回-1。
• int read(byte[] b, int off, int len)方法中参数off指定从字节数组b的某个位置开始存放数据，读取的长度为len。

public static void main(String[] args) {
   File file = new File("D:\\Desktop\\新建 Text 文件.txt"); // Windows平台中使用 "\\" 做路径分隔符
   int len = (int) file.length();   // 获取文件长度并强转为int型
   byte[] bytes = new byte[len];    // 用字节数组于存放将读取的数据
   try { // 必须在try-catch语句中创建流。
      FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(file);
      fileInputStream.read(bytes);
   } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
   }
   System.out.println(Arrays.toString(bytes));  // 输出结果为字节数组形式
}

文件字节输出流 FileOutputStream

文件字节输出流相比输入流的构造方法多了一个boolean类型的参数append，如果指定append为true则输出流将字符写在文件末尾而不是开头。如果不指定则默认append为为false。

文件字节输出流以字节为单位向文件写入内容：

• void write(int n)方法向目的地写入单个字节。
• void write(byte[] b)方法向目的地写入一个字节数组。
• void write(byte[] b, int off, int len)将字节数组中起始于偏移量off处取len个字节写入目的地。

4、文件字符输入流、输出流

使用字节为单位读写字符时，由于各种字符编码方式的不同，处理不当可能出现乱码问题；因此，处理字符文件时，更常使用字符输入输出流。文件字符输入流：FileReader；文件字符输出流：FileWriter。

在使用时，文件字符输入输出流与文件字节输入输出流基本相同，但也存在一些区别：

1. 字节流一般用来处理图像、视频、音频、PPT、Word等类型的文件。字符流一般用于处理纯文本类型的文件，如TXT文件等，但不能处理图像视频等非文本文件。用一句话说就是：字节流可以处理一切文件，而字符流只能处理纯文本文件。
2. 字节输出流没有缓冲区。而字符输出流带有缓冲区，write()方法会先将数据写入缓冲区，当缓冲区溢出或使用flush方法时，才会将缓冲区内的内容写入到目的地。（缓冲的作用是提高效率）

5、缓冲流

在没有缓冲的情况下，每次读写可能都要调用底层系统从磁盘中进行文件读写，这样的结果是效率较低。缓冲的意思是先在内存中提供一块缓冲区，先将数据存入缓冲区再进行读写以提高效率。Java给每种输入输出流都提供了缓冲流，对应的构造方法为：

/* 其中参数sz和size都为缓冲区大小，是可选参数 */
BufferedReader(@NotNull Reader in, int sz); 
BufferedWriter(@NotNull Writer out, int sz);
BufferedInputStream(@NotNull InputStream in, int size);
BufferedOutputStream(@NotNull OutputStream out, int size);

缓冲流的常用方法：

• BufferedReader新增了readLine()方法，即每次读取一行文本。
• BufferedWriter新增了newLine()方法，此方法能写入换行符。
• BufferedOutputStream新增了flush()方法，使用此方法立刻将缓冲区内的数据写入目的地。

6、随机流 RandomAccessFile

随机流既可以读文件又可以写文件。它并不是InputStream或OutoutStream的子类。如果想对一个文件中的数据同时进行读写操作时，可以考虑使用随机流。其构造参数为：

RandomAccessFile(String name, String mode);
RandomAccessFile(File file, String mode);

其中mode参数支持四个值“r”、“rw”、“rwd”和“rws”：

1. “r” 仅供读。
2. “rw” 开放读和写。如果该文件不存在，则会尝试创建它。
3. “rwd” 与“rw”一样，允许读写，并且还要求对文件内容的每次更新都同步写入底层存储设备。
4. “rws”和“rwd”相似，但使用“rwd”只需要更新文件的内容写入存储；使用“rws”需要更新文件的内容和要写入的元数据。

RandomAccessFile类中有一个方法void seek(long pos)用来设置流的读写位置，参数pos即读写位置距离文件开头的字节个数；也可以使用long getFilePointer()方法获取当前读写位置。除了支持字节与字符读写，随机流还支持各种基本类型的读写，显然随机流对文件的读写更加灵活。

需要注意的是，随机流的readLine()方法只支持ASCII字符的编码，如果需要读取存在非ASCII字符的文件时，可以使用 ISO_8859_1 编码将读取到的字符串转为字节数组再转回字符串

RandomAccessFile randomAccessFile = new RandomAccessFile("D:\\Desktop\\新建 Text 文件.txt", "rw");
String s = randomAccessFile.readLine(); // 使用随机流读取地第一行
System.out.println(s);  // 输出 ä½ å¥½ï¼ŒJava。
byte[] b = s.getBytes(StandardCharsets.ISO_8859_1); // 使用 ISO_8859_1 编码转为字节数组
s = new String(b);      // 将字节数组转回字符串
System.out.println(s);  // 输出 你好，Java。

7、其他流

数组流

字节数组流

字节数组输入流ByteArrayInputStream和字节数组输出流ByteArrayInptyStream可以使用字节数组作为源和目的地。

字符数组流

与字节数组流相对应，字符数组流分为CharArrayReader类和CharArrayWriter类。字符数组流以字符作为源和目的地。

数据流

数据流分为DataInputStream类和DataOutputStream类，和随机流类似，它们允许以Java基本数据类型为单位进行读写。这样做的好处是，当我们读取一个数值时，不用考虑这个数值需要多少个字节。

对象流

对象流分为ObjectInputStream类和ObjectOutputStream类，它们可以以对象为单位进行读写。需要注意的是，当使用对象流读写对象时，要保证对象是序列化的，这是为了保证能对对象正确的进行读写。

一个类如果实现了Serializable接口，那么这个类创建的对象就可以称为是序列化的对象。同时，类中的成员对象也必须是序列化的。（Serializable接口中的方法不可见，由JVM实现）

序列化与对象克隆

对于一个引用类型的对象，使用"="只能复制其引用。有时想复制一个对象引用的实体，就可以通过对象序列化进行复制。

/* 通过序列化实现对象克隆 */
public static Object objectClone(Object object) throws IOException, ClassNotFoundException {
   /* 将对象序列化转为字节流 */
   ByteArrayOutputStream outByte = new ByteArrayOutputStream();
   ObjectOutputStream outObject = new ObjectOutputStream(outByte);
   outObject.writeObject(object);
   outObject.close();
   /* 将字节流转回为对象 */
   ObjectInputStream inObject = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(outByte.toByteArray()));
   Object newObject = inObject.readObject();
   inObject.close();
   return newObject;
}

如果不希望对象中的某些变量值序列化，可以使用transient关键字进行修饰。

8、其他

使用Scanner类解析文件

有时需要对文件中的内容进行解析，一般的方法是：将文件内容全部读入内存，再通过字符串处理的方式进行解析，这样做的优点是在内存中进行解析速度较快；但当文件内容较多将消耗比较大的内存，这时可以考虑通过Scanner对文件内容进行解析。
Scanner类是Java中一个可以使用正则表达式解析字符串的类，它的构造法方法需要传入被解析的源，这个源可以是字符串、文件路径、输入流等。使用Scanner的优点是内存占用较小；但速度相对较慢。

文件锁

和多线程类似，当出现多个程序同时处理一个文件的情况时，可能导致文件处理错误。这时可以通过FileLock和FileChannel类对文件加锁。
使用文件锁的步骤如下：

1. 使用流建立指向文件的流对象，该对象的属性应为可读可写。
2. 通过流调用 getChannel() 方法获得与底层文件相连FileChannel（信道）对象。
3. 信道调用tryLock()或lock()方法获得一个FileLock（文件锁）对象。
4. 文件锁对象产生后，将禁止任何文件对文件进行加锁操作。被锁住的文件不允许被读写，如果希望解除锁，可以使用lock.relase()方法释放锁。

RandomAccessFile randomAccessFile = new RandomAccessFile("Example.java", "rw");  // 建立指向文件的流对象
FileChannel fileChannel = randomAccessFile.getChannel(); // 获得与底层文件相连FileChannel（信道）对象
FileLock fileLock = fileChannel.tryLock();   // 获得一个FileLock（文件锁）对象
fileLock.release();  // 释放锁