java IO操作

系列文章目录

第一章 万事万物皆对象
第二章 java构造器
第三章 java访问权限
第四章 java初始化
第五章 java继承
第六章 java重载与重写
第七章 java接口和抽象类
第八章 java数组
第九章 java内部类
第十章 java时间操作
第十一章 final关键字
第十二章 java字符串
第十三章 java异常
第十四章 java泛型
第十五章 java IO操作
第十六章 java NIO操作
第十七章 java zip压缩
第十八章 java反射
第十九章 java反射之Type接口
第二十章 java8流式操作
第二十一章 java8函数式编程

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原文链接 https://zhhll.icu/2020/java基础/IO/1.java基础之IO操作/

用户进程发起请求，内核接收到请求后，从I/O设备中获取数据到buffer中，再将buffer中的数据copy到用户进程的地址空间，该用户进程获取到数据后再响应客户端。

数据输入到buffer需要时间，从buffer复制数据至进程也需要时间，根据在这两段时间内等待方式不同，I/O动作可分为五种模式

• 阻塞I/O（Blocking I/O）
• 非阻塞I/O（Non-Blocking I/O）
• I/O复用（I/O Multiplexing）
• 信号驱动I/O
• 异步I/O

java的I/O操作在类的java.io包中

• 基于字节操作的I/O接口： InputStream和OutputStream

• 基于字符操作的I/O接口： Writer和Reader

• 基于磁盘操作的I/O接口： File

• 基于网络操作的I/O接口： Socket(网络编程，不在io包中)

普通IO

1. 字节流对应原生的二进制数据

2. 字符流对应字符数据，会自动处理与本地字符集之间的转换

3. 缓冲流可以提高性能，通过减少底层API的调用次数来优化IO

字节流

读取文件是输入流，写文件是输出流(输入输出是对于程序而言的)

输入流

继承关系

字节输入流都继承自InputStream，InputStream表示从不同数据源产生输入的类，这些数据源包括

1. 字节数组
2. String对象
3. 文件
4. 管道，从一端输入，从另一端输出
5. 一个由其他种类的流组成的序列，然后把它们汇聚为一个流
6. 其他数据源，如Internet连接

类	功能	构造器	如何使用
ByteArrayInputStream	允许将内存的缓冲区当做InputStream使用	缓冲区，字节将从中取出	将其与FilterInputStream对象相连以提供有用接口
StringBufferInputStream(已废除)	将String转换为InputStream	字符串。底层实现实际使用StringBuffer	将其与FilterInputStream对象相连以提供有用接口
FileInputStream	用于从文件中读取信息	字符串，表示文件名、文件或FileDescriptor对象
PipedInputStream	产生用于写入相关PipedOutputStream的数据。实现管道化概念	PipedOutputStream	作为多线程中的数据源
SequenceInputStream	将两个或多个InputStream对象转换成一个InputStream	两个InputStream对象或一个容纳InputStream对象的容器Enumeration
FilterInputStream	抽象类，作为装饰器的接口，为其他的InputStream类提供有用的功能

FilterInputStream类型子类包括以下几种

类	功能	构造器	如何使用
DataInputStream	与DataOutputStream搭配使用，按照移植方式从流读取基本数据类型	InputStream	包含用于读取基本数据类型的全部接口
BufferedInputStream	使用它可以防止每次读取时都得进行实际写操作，提供了缓冲区的操作，提高IO的性能	InputStream	本质上不提供接口，只是向进程添加缓冲功能
LineNumberInputStream(已废除)	跟踪输入流的行号，可调用getLineNumber()和setLineNumber(int)	InputStream，可以指定缓冲区大小	仅增加了行号
PushbackInputStream	具有能弹出一个字节的缓冲区，因此可以将读到的最后一个字符回退	InputStream	通常作为编译器的扫描器

方法介绍

读取数据

// 每次读取一个字节
public abstract int read() throws IOException
// 使用字节数组作为缓冲区，将读到的字节填充至缓冲区中
public int read(byte b[]) throws IOException
// 将读到的字节填充至字节数组的指定位置上
// off 起始位置
// len 长度
public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException

关闭流

使用close方法来关闭流，在1.7及之后建议使用try-with-resources语句来使用流，这样可以避免显示的调用close()方法，减少一些重复代码

public void close() throws IOException

跳过指定字节

可以使用skip方法来跳过指定数目的字节，相当于把流中当前读到的位置向后移动若干个字节。

public long skip(long n) throws IOException

注意：该方法可能在向后移动的时候，没有达到指定字节就到达了流的末尾，所以并不一定会跳过指定的字节，该方法返回值为实际跳过的字节数

标记与重置

标记与重置方法一般联合使用，以实现流中部分内容可重复读取

// mark方法在当前读取位置进行标记
// readlimit表示允许重复读取的字节，只能从标记的位置再次重复向后读取所指定的字节
public synchronized void mark(int readlimit)

// reset方法将流的当前读取位置移动到上次标记的位置
public synchronized void reset() throws IOException
  
// 不是所有的流都支持标记功能，需要使用该方法来判断当前流是否支持标记功能
public boolean markSupported()

可读字节数

当read方法被调用时，如果当前流中没有可用的数据，该操作就会被阻塞，available()方法就是返回当前流中还有多少字节可以读取

public int available() throws IOException

输出流

字节输入流都继承自OutputStream，该类决定了输出所要去的目标，字节数组、文件或管道

类	功能	构造器	如何使用
ByteArrayOutputStream	在内存中创建缓冲区。所有送往流的数据都要放置在此缓冲区	缓冲区初始大小	用于指定数据的目的地
FileOutputStream	用于将信息写入文件	字符串，表示文件名、文件或FileDescriptor对象
PipedOutputStream	任何写入其中的信息都会自动作为相关PipedInputStream的输出，实现管道化概念	PipedInputStream	指定用于多线程的数据的目的地
FilterOutputStream	抽象类，作为装饰器的接口，为其他OutputStream提供有用的功能

FilterOutputStream类型子类包括

类	功能	构造器	如何使用
DataOutputStream	与DataInputStream搭配使用，可以按照移植方式向流中写入基本数据类型	OutputStream	包含用于写入基本数据类型的全部接口
PrintStream	用于产生改格式化输出。其中DataOutputStream处理数据的存储，PrintStream处理显示	OutputStream，可以用boolean值指示是否每次换行时清空缓冲区	应该是对OutputStream对象的final封装
BufferedOutputStream	使用它以避免每次发送数据时都进行实际的写操作，可以调用flush()清空缓冲区	OutputStream，可以指定缓冲区大小	只是向进程添加缓冲功能

方法介绍

写入数据

// 每次写入一个字节
public abstract void write(int b) throws IOException
// 使用字节数组作为缓冲区，写入整个字节数组的内容
public void write(byte b[]) throws IOException
// 写入字节数组的部分内容
// off 起始位置
// len 长度
public void write(byte b[], int off, int len) throws IOException

关闭流

使用close方法来关闭流，在1.7及之后建议使用try-with-resources语句来使用流，这样可以避免显示的调用close()方法，减少一些重复代码

public void close() throws IOException

刷新

flush()方法用来强制要求OutputStream对象将暂存于内部缓冲区的数据立即进行实际的写入(一般情况下不需要手动的调用该方法，在内部缓冲区填充满了之后，会自动执行实际的写入操作，在调用close()方法时也会自动调用flush()方法)

有些OutputStream类中维护内部缓冲区是为了减少实际的写入操作次数，来提升性能

public void flush() throws IOException

字符流

InputStream和OutputStream是面向字节I/O的，而Reader和Writer则提供兼容Unicode和面向字符I/O的功能，InputStreamReader可以把InputStream转换为Reader，而OutputStreamWriter可以把OutputStream转换为Writer

RandomAccessFile类

适用于由大小已知的记录组成的文件，可以使用seek()将文件指针从一条记录移动到另一条记录，然后对记录进行读取和修改。文件中记录的大小不一定相同，只要我们能确定那些记录有多大以及它们在文件中的位置即可。

RandomAccessFile类不是InputStream或者OutputStream的子类，只是实现了DataInput和DataOutput接口，没有使用InputStream和OutputStream的任何功能，所有方法都是独立的，大部分为native方法

既可以读文件，又可以写文件，可以进行文件的随机读写

// 有两种模式，"rw"读写 和 "r"只读
RandomAccessFile faf = new RandomAccessFile(file,"rw");
// 文件指针，打开文件时指针在开头pointer=0

// 写操作，只写一个字节，同时指针指向下一个位置，准备再次写入
raf.write(int)
  
// 读文件时要把指针移到头部
raf.seek(0);
// 读操作,读一个字节
int b = raf.read()

常用的IO操作

缓冲输入文件

想要打开一个文件进行字符输入，可以使用FileReader对象，然后传入一个String或者File对象作为文件名。为了提高速度，对文件进行缓冲，可以将所产生的引用传递给一个BufferedReader构造器。BufferedReader提供了lines()方法，会产生一个Stream对象

 public static void read(String file) {
        try(BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new FileReader(file))){
            String line = null;
            while((line = bufferedReader.readLine()) != null){
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException("读取失败",e);
        }
    }

读取字符

public static void read() throws IOException {
        StringReader stringReader = new StringReader("qaw试试");
        int c;
        while ((c = stringReader.read()) != -1) {
            System.out.println((char)c);
        }
    }

StringReader的read方法是以int形式返回的下一个字节，所以打印的时候类型必须转为char

格式化数据

要读取格式化数据，可以使用DataInputStream，是面向字节的，所以要使用InputStream类

文件输出

FileWrite对象用于向文件写入数据，通常使用BufferedWriter将其包装起来增加缓冲的功能，

try(BufferedReader in = new BufferedReader(new StringReader("1111111111111111\n2222222222222\n3333333333"));
            PrintWriter printWriter = new PrintWriter(new BufferedWriter(new FileWriter("test.txt")))
        ){
            in.lines().forEach(printWriter :: println);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

标准IO

标准输入流Systom.in、标准输出流System.out、标准错误流Sytem.err。

System.out和System.err是预先包装成了PrintStream对象，但是System.in没有进行包装，属于原生的InputStream，所以在读取时需要对其进行包装

标准输入

通常一行一行地读取输入，将System.in包装成BufferedReader

public static void main(String[] args) {
        try (BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in))) {
            String line;
            while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) {
                if (line.equals("end")) {
                    break;
                }
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {

        }
    }

重定向标准I/O

System类提供了简单的静态方法调用，重定向标准输入流、标准输出流和标准错误流

• setIn(InputStream)

• setOut(PrintStream)

• setErr(PrintStream)

public static void main(String[] args) {
        try(BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(new FileInputStream("C:\\Users\\sinosoft\\Desktop\\剩余工作.txt"));
            PrintStream printStream = new PrintStream(new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("C:\\Users\\sinosoft\\Desktop\\剩余工作副本.txt")))
        ){
            System.setIn(bufferedInputStream);
            System.setOut(printStream);
            try (BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in))) {
                String line;
                while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) {
                    if (line.equals("end")) {
                        break;
                    }
                    System.out.println(line);
                }
            } catch (IOException e1) {

            }
        }catch (IOException e){

        }
    }

序列化流和反序列化流

对象的序列化就是将对象转化为byte序列，反之叫做反序列化，ObjectOutputStream是序列化流，ObjectInputStream是反序列化流

序列化接口

对象必须实现序列化接口Serializable，才可以进行序列化，该接口是一个标准，如果不想某个字段进行序列化，可以使用transient来修饰字段，使得该字段不进行序列化，可以通过重写writeObject和readObject方法来进行手动序列化

静态变量也不能进行序列化，因为所有的对象都共享同一份静态变量值

ObjectOutputStream序列化流

主要的方法是writeObject，存储对象的类、类的签名以及这个类及其父类中所有非静态和非瞬时的字段的值

public final void writeObject(Object obj) throws IOException {
    if (enableOverride) {
        writeObjectOverride(obj);
        return;
    }
    try {
        writeObject0(obj, false);
    } catch (IOException ex) {
        if (depth == 0) {
            writeFatalException(ex);
        }
        throw ex;
    }
}

ObjectInputStream反序列化流

主要的方法是readObject，读回对象的类、类的签名以及这个类及其父类中所有非静态和非瞬时的字段的值

public final Object readObject()
    throws IOException, ClassNotFoundException {
    return readObject(Object.class);
}

在反序列化生成对象时，构造函数并不会执行，因为反序列化是要得到存储时的状态，如果调用构造函数就会生成新的