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21天学会Java之(Java SE第十一篇):IO流(输入与输出)

I/O流的概念

在Java API中,可以从其中读入一个字节序列的对象称作输入流,而可以向其中写入一个字节序列的对象称作输出流。这些字节序列的来源地和目的地可以是文件,而且通常都是文件,但是也可以是网络连接,甚至是内存块。抽象类InputStream和OutputStream构成了输入/输出(I/O)类层次结构的基础。

下图是IO流常用的层次结构图(Java流家族各种输入/输出流类型超过60个,这里仅列出常用类,详情可以参考JDK API文档):

由图我们可以发现很多流都是成对的出现的,以下是我们常用到的类:

  1. InputStream和OutputStream:字节流的抽象类,以下这两个类的实现类都是以字节为单位操作的。
  2. FileInputStream和 FileOutputStream :节点流,以字节为单位直接操作**【文件】**,也可称为文件流。
  3. ByteArrayInputStream和ByteArrayOutputStream:节点流,以字节为单位直接操作**【字节数组对象】**,也可称为字节数组流。
  4. ObjectInputStream和ObjectOutputStream:处理流,以字节为单位直接操作**【对象】,也可称为对象流,也称为 序列化 /反序列化**。
  5. DataInputStream和DataOutputStream:处理流,以字节为单位直接操作**【基本数据类型与字符串类型】**,也可称为数据流。
  6. BufferedInputStream和BufferedOutputStream:处理流,将InputStream/OutputStream对象进行包装,增加缓存功能,提高读写效率。
  7. Reader 和Writer:字符流的抽象类,以下这两个类的实现类都是以字符为单位操作的。
  8. FileReader和FileWriter:节点流,以字符为单位直接操作**【文本文件】**。
  9. BufferedReader和BufferedWriter:处理流,将Reader/Writer对象进行包装,增加缓存功能,提高读写效率。
  10. InputStreamReader和OutputStreamWriter:处理流,将字节流对象转化成字符流对象。
  11. PrintStream:处理流,将OutputStream进行包装,它可以方便地输出字符,更加灵活。

下文中会逐一讲解这些类中的常用方法的使用。

I/O流的四大抽象类

InputStream/OutputStream和Reader/Writer类是所有I/O流的抽象父类,他们的作用就是操作对象单位的不同,前者的单位为字节,后者的单位为字符。

1、InputStream

InputStream表示字节输入流的所有类的抽象父类。因为它是一个抽象类,所以它不可以实例化。数据的读取需要由它的子类来实现。根据节点的不同,它派生了不同的节点流子类。

常用方法:

int read():读取一个字节的数据,并将字节的值作为int类型返回(0~255之间的一个值)。如果未读出字节则返回-1(返回值为-1表示读取结束)。

void close():关闭输入流对象,释放相关系统资源。

2、OutputStream

OutputStream表示字节输出流的所有类的抽象父类,它同样不可以实例化。输出流接收输出直接并将这些字节发送到某个目的地。

常用方法:

void write(int n):向目的地中写入一个字节。

void close():关闭输出流对象,释放相关系统资源。

3、Reader

Reader用于读取的字符流抽象类,数据单位为字符。

常用方法:

int read():读取一个字符的数据,并将字符的值作为int类型返回(0~65535之间的一个值,即Unicode值)。如果未读出字符则返回-1(返回值为-1表示读取结束)。

void close():关闭字符输入流对象,释放相关系统资源。

4、Writer

Writer用于写入的字符流抽象类,数据单位为字符。

常用方法:

  • void write(int n):向输出流中写入一个字符。
  • void close():关闭字符输出流对象,释放相关系统资源。

常用类的详解

所有常用类的操作大部分都可以分为四个步骤1.创建源|2.选择流|3.操作|4.释放资源,只要熟练这四个步骤,我们就能很熟练的掌握使用I/O流的操作。因为文章篇幅太长,本文中就简要介绍使用常用的几个方法,需要了解更详细的信息可以参考Java API文档。

文件字节流

FileInputStream通过字节的方式读取文件,适合读取所有类型的文件(如图像、视频、文本文件等)。Java中也提供了FileReader专门读取文本文件。

FileOutputStream通过字节的方式写数据到文件中,适合所有类型的文件。Java中也提供了FileWriter专门写入文本文件。

以下是FileInputStream的使用示例:

以下是FileOutputStream的使用示例:

以下是使用文件字节输入、输出流实现文件拷贝:

文件字节流的注意事项

  • 为了减少对硬盘的读写次数,提高效率,通常设置缓存数组。相应地,读取时使用的方法为read(byte[] b);写入时的方法为write(byte[] b,int off,int length)。
  • 程序中如果遇到多个流,每个流都要单独关闭,防止其中一个流出现异常后导致其他流无法关闭的情况。

文件字符流

前面介绍的文件字节流可以处理所有的文件,但是字节流不能很好地处理Unicode字符,经常会出现“乱码”现象。所以处理文本文件时一般可以使用文件字符流,它以字符为单位进行操作。

FileReader使用示例:

FileWriter使用示例:

缓冲字节流

Java缓冲流本身并不具有I/O流的读写功能,只是在其他的流上加上缓冲功能以提高效率,就像是把其他的流包装起来一样,因此缓冲流是一种处理流(包装流)。

缓冲字节流的使用就是将其他的字节流包起来,下面用一个例子对比是否添加缓冲流的性能:

缓冲字节流的注意事项

  • 在关闭流时,应该先关闭最外层的包装流,即“先开启的后关闭”。
  • 缓存区的默认大小是8192字节,也可以使用其他的构造器来指定大小。

缓冲字符流

BufferedReader和BufferedWriter同样增加了缓冲机制,大大提高了读写文本文件的效率,同时,提供了更方便的按行读取的方法readLine()以及写入方法writeLine()和newLine()。在处理文本时,可以使用缓冲字符流。

以下是使用缓冲字符流的拷贝文件的例子:

缓冲字符流的注意事项

  • readLine()方法是BufferedReader特有的方法,可以对文本文件进行更加方便的读取操作。
  • 写入一行后要记得使用newLine()方法换行。

字节数组流

ByteArrayInputStream和ByteArrayOutputStream经常用在需要流和数组之间转化的情况,FileInputStream把文件当作数据源,而ByteArrayInputStream则是把内存中的“某个字节数组对象”当作数据源。

ByteArrayInputStream的使用例子:

ByteArrayOutputStream的使用例子:

字节数组流的注意事项

  • 字节数组流可以不需要释放资源,但是为了代码完整性,我们也可以将释放资源的代码加上。
  • 字节数组的数据源是内存中的“某个字节数组对象”。

数据流

数据流将“基础数据类型与字符串类型”作为数据源,从而允许程序以与机器无关的方式从底层输入/输出流中的操作Java基本数据类型与字符串类型。

以下是一个数据流使用的例子:

数据流的使用注意事项

使用数据流时,读取顺序一定要与写入顺序一致,否则不能正确读取数据。

对象流(序列化/反序列化)

上栏中数据流仅能实现对基本数据类型和字符串类型的读写,并不能读取对象(字符串除外)。如果要对某个对象进行读写操作,则就需要使用对象流。

ObjectInputStream和ObjectOutputStream是以“对象”为数据源,但是必须对传输的对象进行序列化与反序列化操作。

以下是对象流的一个简单使用的例子(为了代码简单异常直接抛出了):

import java.io.BufferedInputStream:

对象流的使用注意事项

  • 对象流不仅可以读写对象,还可以读写基本数据类型。
  • 使用对象流读写对象时,该对象必须经过序列化与反序列化。
  • 系统提供的类(如Data等)已经实现了序列化接口,自定义类必须手动实现序列化接口。

Java对象的序列化与反序列化

作用

将Java对象转换为字节序列的过程称为对象的序列化;将字节序列回复为Java对象的过程称为对象的反序列化。

对象的序列化的作为如下:

  • 持久化 :把对象的字节序列永久地保存到硬盘上,通常存放在一个文件中,例如休眠的实现、服务器的session的持久化,hibernate持久化对象等。
  • 网络通信:在网络上传送对象的字节序列,例如服务器之间的数据通信、对象传递等。

序列化与反序列化在对象流中的使用

ObjectOutputStream代表对象输出流,它的writeObject(Object obj)方法可以对参数指定的obj对象进行序列化,把得到的字节序列写到一个目标输出流中。

ObjectInputStream代表对象输入流,它的readObject()方法可以从一个源输入流中读取字节序列,再将其反序列化为一个对象并返回。

只有实现了Serializable接口的类的对象才能被序列化。Serializable接口是一个空接口,只起标记作用。

注意事项

  • static属性不参与序列化。
  • 对象中的某些属性如果不想被序列化,不能使用static,而应使用transient修饰。
  • 为了防止读和写的序列化ID不一致,一般指定一个固定的序列化ID。

转换流

InputStreamReader和OutputStreamWriter用来实现将字节流转化成字符流。例如下面的例子:

随意访问文件流

RandomAcessFile可以实现两个作用:

  • 实现对一个文件的读和写操作。
  • 可以访问文件的任意位置,不像其他流只能按照先后顺序读取。

随意访问文件流的三个核心方法:

  • RandomAccessFile(String name,String mode):name用于确定文件,mode取r(读)或rw(可读写),通过mode可以确定流对文件的访问权限。
  • seek(long a):用于定位流对象读写文件的位置,a确定读写位置距离文件开头的字节数。
  • getFilePointer():用于获取流的当前读写位置。

以下是一个使用RandomAccessFile分割文件的例子:

打印流

这个流仅需要了解即可,以下是一个简单的例子:

commons-io的使用

Apache-commons-io工具包提供了IOUtils/FileUtils,它可以非常方便地对文件和目录进行操作。大大提高实际开发中的工作效率(没有必要重复造轮子)。

FileUtils类的常用方法

阅读FileUtils的API文档,可以归纳出以下在开发工作中比较常用的方法(详细的可以查看commons-io的API文档):

  1. cleanDirectory:清空目录,但不删除目录。
  2. contentEquals:比较两个文件的内容是否相同。
  3. copyDirectory:将一个目录中的内容复制到另一个目录,可以通过FileFilter过滤需要复制的文件。
  4. copyFile:将一个文件复制到一个新地址。
  5. copyFileToDirectory:将一个文件复制到某个目录下。
  6. copyInputStreamToFile:将一个输出流中的内容复制到某个文件。
  7. deleteDirectory:删除目录。
  8. deleteQuietly:删除文件。
  9. listFiles:列出指定目录下的所有文件。
  10. openInputStream:打开指定文件的输入流。
  11. readFileToString:将文件内容作为字符串返回。
  12. readLines:将文件内容按行返回到一个字符串数组中。
  13. size:返回文件或目录的大小。
  14. write:将字符串内容直接写到文件中。
  15. writeByteArrayToFile:将字节数组内容写到文件中。
  16. writeLines:将容器中元素的toString方法返回的内容依次写入文件。
  17. writeStringToFile:将字符串内容写到文件中。

IOUtils类的常用方法

  1. buffer:将传入的流进行包装,变成缓冲流,并可以通过参数指定缓冲大小
  2. closeQueitly:关闭流。
  3. contentEquals:比较两个流中的内容是否一致。
  4. copy:将输入流中的内容复制到输出流中,并指定字符编码。
  5. copyLarge:将输入流中的内容复制到输出流中,适合用于大于2GB的内容复制。
  6. lineIterator:返回可以迭代每一行内容的迭代器。
  7. read:将输入流中的所有内容读入到字节数组中。
  8. readFully:将输入流中的所有内容读入到字节数组中。
  9. readLine:读取输入流内容中的一行。
  10. toBufferedInputStream,toBufferedReader:将输入流转为带缓冲的输入流。
  11. toByteArray,toCharArray:将输入流的内容转为字节数组、字符数组。
  12. toString:将输入流或数组中的内容转化为字符串。
  13. write:向流里面写入内容。
  14. writeLine:向流里面写入一行内容。

常用方法的例子

读取内容

写出内容

拷贝文件/文件夹

统计文件夹或文件夹大小

遍历文件

结语

IO流Java中一个特别重要的知识点,本篇内容对于IO流的讲解仅限于常用的使用方法,需要了解更详细的方法,可以参阅官方API文档。本篇至此完结,如有错误的地方,望在评论区指正。

文章来源:智云一二三科技

文章标题:21天学会Java之(Java SE第十一篇):IO流(输入与输出)

文章地址:https://www.zhihuclub.com/194351.shtml

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