JavaSE第八十九讲：JavaIO流深入详解

1. Java I/O 系统课程目标

1)理解Java I/O系统
2) 熟练使用java.io包中的相关类与接口进行I/O编程
3) 掌握Java I/O的设计原则与使用的设计模式

对程序语言设计者来说，设计一个令人满意的I/O（输入输出）系统，是件极艰巨的任务-----------------------摘自《Thinking in Java》

2.流类

1)流的概念

(1)Java程序通过流来完成输入/输出。流是生产或消费信息的抽象。流通过Java的输入/输出系统与物理设备[物理设备包括键盘，网络等]链接。尽管与它们链接的物理设备不尽相同，所有流的行为具有同样的方式。这样，相同的输入/输出类和方法适用于所有类型的外部设备。这意味着一个输入流能够抽象多种不同类型的输入：从磁盘文件，从键盘或从网络套接字。同样，一个输出流可以输出到控制台，磁盘文件或相连的网络。流是处理输入/输出的一个洁净的方法，例如它不需要代码理解键盘和网络的不同。Java中流的实现是在java.io包定义的类层次结构内部的。

2.输入/输出流概念

1)输入/输出时，数据在通信通道中流动。所谓“数据流(stream)”指的是所有数据通信通道之中，数据的起点和终点。信息的通道就是一个数据流。只要是数据从一个地方“流”到另外一个地方，这种数据流动的通道都可以称为数据流。
2) 输入/输出是相对于程序来说的。程序在使用数据时所扮演的角色有两个：一个是源，一个是目的。若程序是数据流的源，即数据的提供者，这个数据流对程序来说就是一个“输出数据流”(数据从程序流出)。若程序是数据流的终点，这个数据流对程序而言就是一个“输入数据流”(数据从程序外流向程序)

[输入和输出是根据参照物你写的程序和你操纵的内存来的，数据从外部流到你的程序就是输入，从你的程序流到外部就是输出]

3. 输入/输出类

1) 在java.io包中提供了60多个类（流）。
2) 从功能上分为两大类：输入流和输出流。
3) 从流结构上可分为字节流（以字节为处理单位或称面向字节）和字符流（以字符为处理单位或称面向字符）。
4) 字节流的输入流和输出流基础是InputStream和OutputStream这两个抽象类，字节流的输入输出操作由这两个类的子类实现。字符流是Java1.1版后新增加的以字符为单位进行输入输出处理的流，字符流输入输出的基础是抽象类Reader和Writer

[注意不管是字节流还是字符流，他们底层都是用字节流来实现的，字符流就是在字节流的基础上做了一次封装，也就是直接操纵字符，而不需要对底层字节进行操作了]

4. 字节流和字符流 [流的第一种分类方式]

1)Java 2 定义了两种类型的流：字节流和字符流。字节流（byte stream）为处理字节的输入和输出提供了方便的方法。例如使用字节流读取或写入二进制数据。字符流（character stream）为字符的输入和输出处理提供了方便。它们采用了统一的编码标准，因而可以国际化。当然，在某些场合，字符流比字节流更有效

2)Java的原始版本（Java 1.0）不包括字符流，因此所有的输入和输出都是以字节为单位的。Java 1.1中加入了字符流的功能
3) 需要声明：在最底层，所有的输入/输出都是字节形式的。基于字符的流只为处理字符提供方便有效的方法

4)字节流类（Byte Streams）字节流类用于向字节流读写8位二进制的字节。一般地，字节流类主要用于读写诸如图象或声音等的二进制数据。
5) 字符流类（Character Streams）字符流类用于向字符流读写16位二进制字符。

5. 流的分类 [流的第二种分类方式]

两种基本的流是：输入流(Input Stream)和输出流(Output Stream)。可从中读出一系列字节的对象称为输入流。而能向其中写入一系列字节的对象称为输出流。

1) 输入流: 读数据的逻辑为：

open a stream
while more information
read information
close the stream

[打开流，判断这个流是否有更多信息，有的话继续读这个流，一直到没有了，关闭这个流]

2) 输出流: 写数据的逻辑为：

open a stream
while more information
write information
close the stream

[打开流，判断这个流是否有更多信息，有的话继续写这个流，一直到没有了，关闭这个流]

6. 节点流和过滤流[流的第三种分类方式]

节点流：从特定的地方读写的流类，例如：磁盘或一块内存区域。

过滤流：使用节点流作为输入或输出。过滤流是使用一个已经存在的输入流或输出流连接创建的。

[节点流总是与特定的目标打交道，而过滤流总是与节点流或者其他的过滤流打交道，画一个简单的例子如下图所示]

7. 字节流

1) 字节流类为处理字节式输入/输出提供了丰富的环境。一个字节流可以和其他任何类型的对象并用，包括二进制数据。这样的多功能性使得字节流对很多类型的程序都很重要。

2)字节流类以InputStream和OutputStream为顶层类,他们都是抽象类(abstract)

3) 抽象类InputStream和OutputStream定义了实现其他流类的关键方法。最重要的两种方法是read()和write()，它们分别对数据的字节进行读写。两种方法都在InputStream和OutputStream中被定义为抽象方法。它们被派生的流类重写。

4) 每个抽象类都有多个具体的子类，这些子类对不同的外设进行处理，例如磁盘文件，网络连接，甚至是内存缓冲区。

5) 要使用流类，必须导入java.io包

8.InputStream

1) 三个基本的读方法，如下图所示

abstractint read()：读取一个字节数据，并返回读到的数据，如果返回-1，表示读到了输入流的末尾。
int read(byte[]b)：将数据读入一个字节数组，同时返回实际读取的字节数。如果返回-1，表示读到了输入流的末尾。
int read(byte[]b, intoff, intlen)：将数据读入一个字节数组，同时返回实际读取的字节数。如果返回-1，表示读到了输入流的末尾。off指定在数组b中存放数据的起始偏移位置；len指定读取的最大字节数。

2) 思考：为什么只有第一个read方法是抽象的，而其余两个read方法都是具体的？

因为两个具体的方法都是通过那个抽象的方法来去实现的。第二个read方法依靠第三个read方法来实现，而第三个read方法又依靠第一个read方法来实现，所以说只有第一个read方法是与具体的I/O设备相关的，它需要InputStream的子类来实现。

[这个子类可以好多个，比如可以处理文件的子类，也可以处理字节数组的子类，处理文件或者处理字节数组都是不一样的，所以不同的子类需要有不同的read()方法来实现的，这边我们可以查看read()方法的源代码。]

查看io.InputStream

 public abstract int read() throws IOException;

第一个read()抽象方法

    public int read(byte b[]) throws IOException {
        return read(b, 0, b.length);
    }

第二个read()方法，调用第三个的read()方法

public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {
        if (b == null) {
            throw new NullPointerException();
        } else if (off < 0 || len < 0 || len > b.length - off) {
            throw new IndexOutOfBoundsException();
        } else if (len == 0) {
            return 0;
        }

        int c = read();

可以看出它也是依靠第一个read()方法来实现的。

程序demo：将c盘根目录下的hello.txt文件内容读到程序控制台里面

package com.ahuier.io2;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.InputStream;

/*
 * 从外部文件读取数组到程序里面
 * JDK 提供了类FileInputStream类，这个类继承InputStream，它是专门用来处理文件的读操作的。
 */
public class InputStreamTest1 {
	/*
	 * 读数据的逻辑流程,注意这是读数据的一种固定模式写法，希望我们自己会独立写出来
	 * open a stream
	 * while more information
	 * read information
	 * close the stream
	 */
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		/*
		 * 查看JDK中，FileInputStream的构造方法，我们经常用以下两种
		 * FileInputStream(File file) 接受一个file对象，指向我们我读取的文件所对应的file对象
		 * FileInputStream(String name) 接受一个String 对象，接受文件所在的路径
		 * 这两种本质上一样
		 */
		InputStream is = new FileInputStream("c:/hello.txt");
		/*
		 * 查看read()方法，我们使用最多的public int read(byte[] b, int off, int len)
		 * 第一参数是字节数组，将外面的字节读取保存在这个数组里面
		 * 第二参数off 表示从目标文件哪个位置开始读取
		 * 第三个参数len 表示每次做多读取多少
		 * 方法返回 -1 表示程序读取完毕，否则的话会返回实际读取的自己数目
		 */
		byte[] buffer = new byte[200]; //定义一个字节数组 buffer 来存储读取的字节，数组最多接受200个
		int length = 0; //用来接受read()方法返回的值，或是 -1 或是实际读取的数目
		
		//这边是每次最多读取200，实际读取的是length，最多的读取量是 <= buffer数组长度
		while(-1 != (length = is.read(buffer, 0, 200))){
			/*
			 * 查看String类里面的构造方法，由字节数组装换为字符串的方法public String(byte[] bytes, int offset, int length)
			 * 第一个参数目标字节数组，第二参数从哪个位置转，第三个参数每次转多少
			 * 注意这边每次转多少应该是实际的字节量
			 */
			String str = new String(buffer, 0, length);
			System.out.println(str);
		}
		is.close();
	}
}

编译执行结果：

3) 其它方法

long skip(longn)：在输入流中跳过n个字节，并返回实际跳过的字节数。
int available()： 返回在不发生阻塞的情况下，可读取的字节数。
void close()：    关闭输入流，释放和这个流相关的系统资源。
void mark(intreadlimit)：在输入流的当前位置放置一个标记，如果读取的字节数多于readlimit设置的值，则流忽略这个标记。
void reset()：    返回到上一个标记。
boolean markSupported()：测试当前流是否支持mark和reset方法。如果支持，返回true，否则返回false。

4) 该类的所有方法在出错条件下引发一个IOException 异常

   通过打开一个到数据源（文件、内存或网络端口上的数据）的输入流，程序可以从数据源上顺序读取数据。