java学习之路 之 IO流

Java IO原理

IO流用来处理设备之间的数据传输。
Java程序中，对于数据的输入/输出操作以”流(stream)” 的方式进行。是指从源节点到目标节点的数据流动
源节点和目标节点可以是文件、网络、内存、键盘、显示器等等。
java.io包下提供了各种“流”类和接口，用以获取不同种类的数据，并通过标准的方法输入或输出数据。
输入input：
读取外部数据（磁盘、光盘等存储设备的数据）到程序（内存）中。
输出output：
将程序（内存）数据输出到磁盘、光盘等存储设备中

流的分类：

按操作数据单位不同分为：
字节流(8 bit)，字符流(16 bit)  
按数据流的流向不同分为：
输入流，输出流
字节流 字符流
输入流 InputStream（基类） Reader（基类）
输出流 OutputStream （基类） Writer（基类）
流中的数据 二进制字节（8位） Unicode字符（16位）

Java的IO流共涉及40多个类，实际上非常规则，都是从上面4个抽象基类派生的。
由这四个类派生出来的子类名称都是以其父类名作为子类名后缀。

读文件步骤

无论是文本文件还是二进制文件，当需要读取文件数据时，需要完成以下步骤：
使用文件输入流打开指定文件：
对于文本文件，应使用字符输入流FileReader流
对于二进制文件，应使用字节输入流FileInputStream
流读取文件数据
关闭输入流

写文件步骤

无论是文本文件还是二进制文件，当需要将数据写入文件时，需要完成以下步骤：
使用文件输出流打开指定文件：
对于文本文件，应使用字符输出流FileWriter流
对于二进制文件，应使用字节输出流FileOutputStream
流将数据写入文件
关闭输出流
在打开一个现有文件的输出流以准备写入数据时，有两种方式可供选择：
以清空方式打开
以添加方式打开

Reader & InputStream

Reader 和 InputStream 是所有输入流的基类。
Reader（典型实现：
FileReader）int read() // 读取一个字符
int read(char [] c) //一次性读多个字符到缓冲区数组
int read(char [] c, int off, int len)
InputStream（典型实现：FileInputStream）
int read() //读取一个字节
int read(byte[] b) //一次性读多个字节到缓冲区数组
int read(byte[] b, int off, int len)
程序中打开的文件 IO 资源不属于内存里的资源，而是和操作系统相关的资源。垃圾回收机制无法回收该资源，所以应该显式关闭文件 IO 资源。

Writer  & OutputStream

Writer 和 OutputStream 也非常相似：
void write(int b/int c);// 向流中写一个字节/字符
void write(byte[] b/char[] cbuf);//向流中写一个数组
void write(byte[] b/char[] buff, int offset, int length);
void flush(); //把数据从OS缓冲区刷入硬盘
void close(); 需要先刷新，再关闭此流
因为字符流直接以字符作为操作单位，所以 Writer 可以用字符串来替换字符数组，即以 String 对象作为参数
void write(String str);
void write(String str, int off, int len);
在Windows系统中，文本文件每行结尾都有两个不可见的特殊字符表示该行结束。
这两个字符为<回车>符（Unicode码为13）和<换行>符（Unicode码10 ）称为<回车>-<换行>序列。
在Unix系统中，文本文件每行结尾只有<换行>符。
在Java语言中, <回车>符用’ \r’表示，<换行>符用’ \n’表示。
System.out.println语句，就是在输出一行内容后，继续输出<回车>-<换行>序列，从显示效果上使光标移动下一行开始。
通常情况下只需要\n即可换行

注  意：

定义文件路径时，注意：可以用“/”或者“\\”。
在写入一个文件时，如果目录下有同名文件将被覆盖。
在读取文件时，必须保证该文件已存在，否则出异常。

节点流和处理流

节点流可以从一个特定的数据源读写数据
处理流是“连接”在已存在的流（节点流或处理流）之上，通过对数据的处理为程序提供更为强大的读写功能。
通常很少使用单个流对象，而是将一系列的流以包装的形式链接起来处理数据。
包装可以在不改变被包装流的前提下，获得更强的流处理功能。
典型的字符输入流/输出流的链接如下：

节点流：

(输入): FileInputStream、FileReader                 
(输出): FileOutputStream、FileWriter

处理流之一：缓冲流

为了提高数据读写的速度，Java API提供了带缓冲功能的流类，在使用这些流类时，会创建一个内部缓冲区数组
根据数据操作单位可以把缓冲流分为：
(输入流）：BufferedInputStream、BufferedReader                 
(输出流）：BufferedOutputStream、BufferedWriter
缓冲流要“套接”在相应的节点流之上，对读写的数据提供了缓冲的功能，提高了读写的效率，同时增加了一些新的方法, 增强了流处理能力.

对于输出的缓冲流，写出的数据会先在内存中缓存，使用flush()将会使内存中的数据立刻写出

处理流之二：转换流

OutputStreamWriter&InputStreamReader 

用于将要写入到字节流中的字符按指定字符集编码成字节。需要和OutputStream“套接”。
构造方法
public OutputStreamWriter(OutputStream out)
public OutputSreamWriter(OutputStream out,String charsetName)
解码：字节数组->字符串
编码：字符串->字节数组

补充：字符编码

编码表的由来
计算机只能识别二进制数据，早期由来是电信号。为了方便应用计算机，让它可以识别各个国家的文字。就将各个国家的文字用数字来表示，并一一对应，形成一张表。这就是编码表。
常见的编码表
ASCII：美国标准信息交换码。
用一个字节的7位可以表示。
ISO8859-1：拉丁码表。欧洲码表
用一个字节的8位表示。
GB2312：中国的中文编码表。
GBK：中国的中文编码表升级，融合了更多的中文文字符号。
Unicode：国际标准码，融合了多种文字。
所有文字都用两个字节来表示,Java语言使用的就是unicode
UTF-8：通常用三个字节来表示一个字符。
编码：字符串->字节数组
解码：字节数组->字符串

转换流的编码应用

可以将字符按指定编码格式存储。
可以对文本数据按指定编码格式来解读
指定编码表的动作由构造器完成。

处理流之三：标准输入输出流

System.in和System.out分别代表了系统标准的输入和输出设备
默认输入设备是键盘，输出设备是显示器
System.in的类型是InputStream
System.out的类型是PrintStream，其是OutputStream的子类FilterOutputStream 的子类
通过System类的setIn，setOut方法对默认设备进行改变。
public static void setIn(InputStream in)
public static void setOut(PrintStream out)

处理流之四：打印流：

在整个IO包中，打印流是输出信息最方便的类。
PrintStream(字节打印流)和PrintWriter(字符打印流)
提供了一系列重载的print和println方法，用于多种数据类型的输出
PrintStream和PrintWriter的输出不会抛出异常
PrintStream和PrintWriter有自动flush功能
System.out返回的是PrintStream的实例

处理流之五：数据流（了解）

为了方便地操作Java语言的基本数据类型的数据，可以使用数据流。
数据流有两个类：(用于读取和写出基本数据类型的数据）
DataInputStream 和 DataOutputStream
分别“套接”在 InputStream 和 OutputStream 节点流上
DataInputStream中的方法     
boolean readBoolean()
byte readByte()     
char readChar()
float readFloat()     
double readDouble()
short readShort()     
long readLong()
int readInt()     
String readUTF()                                 
void readFully(byte[] b)
DataOutputStream中的方法
将上述的方法的read改为相应的write即可

处理流之六：对象流

ObjectInputStream和OjbectOutputSteam
用于存储和读取对象的处理流。它的强大之处就是可以把Java中的对象写入到数据源中，也能把对象从数据源中还原回来。
序列化(Serialize)：用ObjectOutputStream类将一个Java对象写入IO流中
反序列化(Deserialize)：用ObjectInputStream类从IO流中恢复该Java对象
ObjectOutputStream和ObjectInputStream不能序列化static和transient修饰的成员变量

对象的序列化：

对象序列化机制允许把内存中的Java对象转换成平台无关的二进制流，从而允许把这种二进制流持久地保存在磁盘上，或通过网络将这种二进制流传输到另一个网络节点。
当其它程序获取了这种二进制流，就可以恢复成原来的Java对象
序列化的好处在于可将任何实现了Serializable接口的对象转化为字节数据，使其在保存和传输时可被还原
序列化是 RMI（Remote Method Invoke – 远程方法调用）过程的参数和返回值都必须实现的机制，而 RMI 是 JavaEE 的基础。因此序列化机制是 JavaEE 平台的基础
如果需要让某个对象支持序列化机制，则必须让其类是可序列化的，为了让某个类是可序列化的，该类必须实现如下两个接口之一：
Serializable
Externalizable
凡是实现Serializable接口的类都有一个表示序列化版本标识符的静态变量：
private static final long serialVersionUID;
serialVersionUID用来表明类的不同版本间的兼容性
如果类没有显示定义这个静态变量，它的值是Java运行时环境根据类的内部细节自动生成的。若类的源代码作了修改，serialVersionUID 可能发生变化。故建议，显示声明
显示定义serialVersionUID的用途
希望类的不同版本对序列化兼容，因此需确保类的不同版本具有相同的serialVersionUID
不希望类的不同版本对序列化兼容，因此需确保类的不同版本具有不同的serialVersionUID

使用对象流序列化对象：

若某个类实现了 Serializable 接口，该类的对象就是可序列化的：
创建一个 ObjectOutputStream
调用 ObjectOutputStream 对象的 writeObject(对象) 方法输出可序列化对象。注意写出一次，操作flush()

反序列化

创建一个 ObjectInputStream
调用 readObject() 方法读取流中的对象
强调：如果某个类的字段不是基本数据类型或 String  类型，而是另一个引用类型，那么这个引用类型必须是可序列化的，否则拥有该类型的 Field 的类也不能序列化
序列化:将对象写入到磁盘或者进行网络传输。
反序列化：将磁盘中的对象数据源读出。

RandomAccessFile 类

RandomAccessFile 类支持 “随机访问” 的方式，程序可以直接跳到文件的任意地方来读、写文件
支持只访问文件的部分内容
可以向已存在的文件后追加内容
RandomAccessFile 对象包含一个记录指针，用以标示当前读写处的位置。RandomAccessFile 类对象可以自由移动记录指针：
long getFilePointer()：获取文件记录指针的当前位置
void seek(long pos)：将文件记录指针定位到 pos 位置
构造器
public RandomAccessFile(File file, String mode) 
public RandomAccessFile(String name, String mode)
创建 RandomAccessFile 类实例需要指定一个 mode 参数，该参数指定 RandomAccessFile 的访问模式：
r: 以只读方式打开
rw：打开以便读取和写入
rwd:打开以便读取和写入；同步文件内容的更新
rws:打开以便读取和写入；同步文件内容和元数据的更新