Java I/O 流学习笔记（7月14号）

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作者：黄钰朝
邮箱：[email protected]
日期：2019年7月14日

前言

今天整理了Java的File类的相关方法，和Java中IO流相关的知识，了解JavaIO包中的各种流的体系，学习JavaNIO和JavaIO的区别，并且了解Java中的socket编程，按照导师的要求，使用socket编写聊天程序。

一.Java中的File类

1.1 什么是File？

• File是Java中用来代表文件/文件夹的一个对象
• File不等于文件，只是文件的抽象，Flie作为一个Java类的实例而存在，不依赖于具体的文件，只是Java把对文件的操作抽象成为对File对象的操作。
• File对象可以实现对文件的创建，删除，修改等操作，但是无法进行文件内容的读取，只能依靠IO流.

1.2 两种文件路径

• 绝对路径：带盘符的完整路径
• 相对路径：不写盘符，默认以项目位置为当前路径

1.3 File类的三种构造方法

• 通过一个文件路径创建一个File对象
• 通过一个文件路径+文件名/文件夹名创建一个File对象
• 通过一个File对象+文件名/文件夹名创建一个File对象

其中第三种相当于把父目录封装成File对象，再根据文件名/文件夹名创建File对象

1.4 File类常用方法

创建：如果目标文件/文件夹已存在，就不创建了

• createNewFile:创建一个文件，如果目录不存在则无法创建
• mkdir:创建一个文件夹，如果目录不存在则无法创建
• mkdirs:创建文件夹，如果目录不存在则创建多级文件夹

删除：如果目标文件夹内有文件/文件夹，则无法删除

• delete:删除一个文件/文件夹

修改：

• renameTo(File newfile):重命名一个文件/文件夹，相当于把文件转移到另一个File对象所指的路径

另有获取文件名，文件是否存在/可读/可写等方法

1.5 List方法获取当前目录下的文件/文件名数组

• list方法：获取当前目录下的文件名数组
• listFiles方法：获取当前目录下的文件数组

1.6 文件过滤器FilenameFilter

使用FilenameFilter过滤器，其目的是给list()方法列出文件或文件名时增加筛选条件

主要思想：过滤器模式和模板模式

创建一个过滤器，通过重写接口的accept方法传递策略，list方法在遍历文件名时使用过滤器去除不符合条件的文件

扩展：使用Lambda表达式简化代码

FilenameFilter接口是单函数接口，因此可以使用Lambda表达式简化代码

二.Java中的I/O流

2.1 什么是I/O流？

• 程序中数据的输入输出，被抽象为流， 按照相对于程序的流向，可分为输出流和输入流， 按照数据流的格式，可分为字节流和字符流(类似于C语言中以二进制和以字符形式读取文件)
• 另有有节点流和处理流，节点流用来包装源头，处理流的作用是对Java程序提供统一的数据输入输出的支持，并提高性能。

2.2 处理流模型

• Java将来自任何节点的数据流都包装成为处理流，使得可以使用相同的代码来处理来自不同设备的数据流，并可以以增加缓冲的方式提高性能，并支持一次输出大批量的内容，这便是处理流模型，思想类似于C语言中流式文件的处理方式

2.3 字节流和字符流有什么区别？

• 类似于C语言中二进制文件和文本文件的区别，字符其实只是一种特殊的二进制字节，是按照一定的编码方式处理之后，按照一定规则来存储信息的数据，字符在计算机中也是由二进制组成的，只不过这种二进制可以按照一种规则解码后，成为人类可以直接阅读的自然语言，而普通的二进制文件只有计算机能直接“阅读”

2.4 I/O流的抽象基类

输入流的抽象基类

• 字节输入流 : InputStream
• 字符输入流 : Reader

输出流的抽象基类

• 字节输入流 : OutputStream
• 字符输入流 : Writer

2.5 转换流

• Java提供了从字节流到字符流的转换流，分别是InputStreamReader和OutputStreamWriter
• 字符流=字节流+编码表
• 没有从字符流到字节流的转换流

2.6 缓冲流

• 一次读取一个字节数组的效率明显比一次读取一个字节的效率高，因此Java提供了带缓冲区的字节类，称为缓冲区类。BufferedInputStream和BufferedOutputStream
• 字符缓冲区类BufferedReader和BufferedWriter与之类似.
• 缓冲区类的构造方法可以指定缓冲区的大小，如果没有指定，则使用默认大小，一般默认大小已经够用了
• 缓冲区类只是提供缓冲区，实际的读写操作还是基本IO流对象来做的，因此缓冲区类的构造方法的参数是基本IO对象

2.7 其他输入输出流

数据输入/输出流 DataInputStream

• 与缓冲区流的使用方式类似,也需要传入一个实际进行读写操作的InputStream实现类，数据输入/输出流的特殊之处在于它是对Java中的各种类型数据进行输入输出

内存操作流 ByteArrayInputStream

• 与FileInputStream类似，只是输入输出的对象是一段内存空间，即内存操作流内部的字节数组。相当于把内存操作流对象当成一个字节数组，对它进行输入输出。

打印流 PrintStream/PrintWriter

• 打印流是单向的，只有输出流，没有输入流
• 可以打印任意类型的数据
• 可以启用自动刷新
• 打印流可以直接操作文本文件
• 打印流是以字节方式输出

随机访问流 RandomAccessFile

• 仅可用于文件操作
• 相当于C语言中的文件读写操作，可以随机读写文件，即可以操作文件的读写指针，并且可以选择使用只读/只写等方式读写文件
• getFilePointer：得到当前文件指针位置
• seek：设置文件指针位置

合并流 SequenceInputStream

• 用于将多个输入流合并

序列化流 ObjectOutputStream

• 用于将对象写入文件，或者在网络传输，操作的对象必须是已经实现序列化接口的(序列化接口只是一种标记接口)
• 序列化流是将对象存入文件或在网络中传输，反序列化流就是将流数据还原成为对象
• 一个类的序列化值与类的成员变量有关，如果类的成员变量改变，则序列化值也会变，一个对象被存储到文件时会记录它的类的序列化值，如果将来类的序列化值改变了，这个对象就无法被反序列化，即无法还原为对象了，因此通常生成一个serialVersionUID，用来记录当前版本的类的序列化值，以便将来反序列化以往版本的对象
• 使用translent关键字可以让一个成员变量不被序列化

2.8 关于I/O一些问题的思考

system.out,system.in和Scanner的本质是什么？

• in和out时system类中的两个静态成员变量分别是标准输入流InputStream和标准输出流PrintStream,分别代表系统的标准输入输出设备，即键盘和显示器
• Scanner是JDK5之后出现的方便处理键盘输入的数据的类，本质相当于一个缓冲区，并且封装了将字节信息转成各种数据类型的方法

文件如何输入输出数据？

• 不管是字节流和字符流，都提供了read方法和write方法，分别用来读取和输出数据。
• 创建输入/输出流对象时的参数都是指向外部节点的对象(比如File对象)
• 调用read和write方法时的参数都是指向程序中内存空间的对象
• 文件输出操作步骤：创建输出流对象(提供输出目标)->调用write方法(提供数据源)->释放资源
• 文件输出的操作步骤可以看成：提供水管(让水管指向目标)->喷水(提供水龙头)->回收水管

为什么要使用close释放资源？

• 让流对象成为垃圾，可以被垃圾回收器回收
• 通知系统去释放该文件相关的资源

为什么要使用flush刷新缓冲区？

• 因为Java中输出流的内容会被先保存在缓冲区，直到缓冲区满，才会真正把数据发送出去，当数据很小时，可能导致数据接收不到，而使用flush可以强制将缓冲区的数据发送出去，不必等到缓冲区满

三.Java的NIO

3.1 传统BIO的缺陷和NIO的优点

Java IO包下的类是传统的BIO，也就是阻塞式IO（blocking-I/O)，在做导师安排的控制台聊天项目的过程中，就被传统I/O的“阻塞”问题困扰了很久，“阻塞”就是线程在内存中等待一个事件的就绪，而不能去处理其他任务的状态 ，具体在项目中体现在，使用传统I/O的socket编程，只有一个线程时，一旦开始执行读取客户端的数据的read方法，就进入阻塞状态，直到客户端真的发了数据过来，这个方法才能返回，线程才能处理别的事情，而我一开始做的时候就是只有一个线程，导致消息发不出去，后来使用多线程才解决这个问题。

NIO就是为了解决“阻塞”问题而出现的。NIO的N的含义有两种说法：

• new 代表这是“新”的I/O
• non-blocking 代表这是“非阻塞”的I/O

在Java中，认为NIO是New I/O的说法比较多。

3.2 NIO实现非阻塞的原理

先上图：

可以看到，NIO的主要原理是执行read，write，accept，connect这些方法时，都会立即返回，不会等待，read方法如果没有数据可读，直接返回0，accept方法如果没有客户端连接，直接返回null。在这种非阻塞模式下，可以配合selector来实现单线程监听各个事件。

PS:其实很多时间在看NIO的知识，但是没时间写了，要开设计模式的内容了。

四.总结

I/O流的知识非常基础实用，是网络编程的基础。但是这两天，第一天早上补完了数据库设计的笔记，下午又开了一下午的全体例会，加上做聊天程序花的时间很多，没有先看一下别人的代码，自己看了socket几个方法的用法就开始搞，因为没有线程方面的知识，被线程阻塞的问题拖了很多时间，后来去使用了多线程，才终于能够和客户端互发消息。后面学了NIO，看了疯狂java讲义上NIO做的socket编程的例子，才发现使用非阻塞I/O来做会很容易。

由于做项目花了挺多的时间，NIO和socket的知识没有时间写多少笔记。

五.参考资料

• Java NIO浅析
• Java NIO 系列教程
• Java socket详解,看这一篇就够了
• 十分钟了解BIO、NIO、AIO
• 知乎-通俗地讲，Netty 能做什么？
• 简单理解socket
• 《疯狂Java讲义》
• 《Java网络编程》