JAVA:IO详解

知识基础

学习Java IO,不得不提到的就是JavaIO流。

流是一组有顺序的,有起点和终点的字节集合,是对数据传输的总称或抽象。即数据在两设备间的传输称为流,流的本质是数据传输,根据数据传输特性将流抽象为各种类,方便更直观的进行数据操作。
根据处理数据类型的不同分为:字符流和字节流
根据数据流向不同分为:输入流和输出流

字符流和字节流

字符流的由来: 因为数据编码的不同,而有了对字符进行高效操作的流对象。本质其实就是基于字节流读取时,去查了指定的码表。字节流和字符流的区别:

(1)读写单位不同:字节流以字节(8bit)为单位,字符流以字符为单位,根据码表映射字符,一次可能读多个字节。
(2)处理对象不同:字节流能处理所有类型的数据(如图片、avi等),而字符流只能处理字符类型的数据
(3)字节流在操作的时候本身是不会用到缓冲区的,是文件本身的直接操作的;而字符流在操作的时候下后是会用到缓冲区的,是通过缓冲区来操作文件,我们将在下面验证这一点。

结论:优先选用字节流。首先因为硬盘上的所有文件都是以字节的形式进行传输或者保存的,包括图片等内容。但是字符只是在内存中才会形成的,所以在开发中,字节流使用广泛。

输入流和输出流

对输入流只能进行读操作,对输出流只能进行写操作,程序中需要根据待传输数据的不同特性而使用不同的流。

JAVA IO流对象

Java IO主要主要在java.io包下,分为四大块近80个类:
1、基于字节(Byte)操作的I/O接口:InputStream和OutputStream
2、基于字符(String)操作的I/O接口:Writer和Reader
3、基于磁盘操作的I/O接口:File
4、基于网络操作的I/O接口:Socket(不在java.io包下)
影响IO性能的无非就是两大因素:数据的格式及存储的方式,前两类主要是数据格式方面的,后两个类是存储方式方面的:本地和网络。所以策划好这两个方面的活动,有助于我们合理使用IO。
enter image description here

输入字节流InputStream

InputStream 是所有的输入字节流的父类,它是一个抽象类。
enter image description here
ByteArrayInputStream、StringBufferInputStream、FileInputStream 是三种基本的介质流,它们分别从Byte 数组、StringBuffer、和本地文件中读取数据。PipedInputStream 是从与其它线程共用的管道中读取数据

ObjectInputStream 和所有FilterInputStream的子类都是装饰流(装饰器模式的主角)。意思是FileInputStream类可以通过一个String路径名创建一个对象,FileInputStream(String name)。而DataInputStream必须装饰一个类才能返回一个对象,DataInputStream(InputStream in)。

关于Decorator装饰器,顾名思义,就是动态地给一个对象添加一些额外的职责,就好比为房子进行装修一样。因此,装饰器模式具有如下的特征:

  • 它必须具有一个装饰的对象。
  • 它必须拥有与被装饰对象相同的接口。
  • 它可以给被装饰对象添加额外的功能。
    用一句话总结就是:保持接口,增强性能。
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/**
* 字节流
* 读文件内容
* */
/**
* 字节流
* 读文件内容
* */
import java.io.*;
class hello{
public static void main(String[] args) throws IOException {
String fileName="D:"+File.separator+"hello.txt";
File f=new File(fileName);
InputStream in=new FileInputStream(f);
byte[] b=new byte[1024];
int len=in.read(b);
in.close();
System.out.println("读入长度为:"+len);
System.out.println(new String(b,0,len));
}
}

注意:观察上面的例子可以看出,我们预先申请了一个指定大小的空间,但是有时候这个空间可能太小,有时候可能太大,我们需要准确的大小,这样节省空间,那么我们可以这样做:
byte[] b=new byte[(int)f.length()];

输出流对象OutputStream

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IO 中输出字节流的继承图可见上图,可以看出:

OutputStream 是所有的输出字节流的父类,它是一个抽象类。

ByteArrayOutputStream、FileOutputStream是两种基本的介质流,它们分别向Byte 数组、和本地文件中写入数据。PipedOutputStream 是向与其它线程共用的管道中写入数据,

ObjectOutputStream 和所有FilterOutputStream的子类都是装饰流。具体例子跟InputStream是对应的。

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/**
* 字节流
* 向文件中写入字符串
* */
import java.io.*;
class hello{
public static void main(String[] args) throws IOException {
String fileName="D:"+File.separator+"hello.txt";
File f=new File(fileName);
OutputStream out =new FileOutputStream(f);
String str="Hello World";
byte[] b=str.getBytes();
out.write(b);
out.close();
}

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/**
* 字节流
* 向文件中追加新内容:
* */
import java.io.*;
class hello{
public static void main(String[] args) throws IOException {
String fileName="D:"+File.separator+"hello.txt";
File f=new File(fileName);
OutputStream out =new FileOutputStream(f,true);//true表示追加模式,否则为覆盖
String str="Rollen";
//String str="\r\nRollen"; 可以换行
byte[] b=str.getBytes();
for (int i = 0; i < b.length; i++) {
out.write(b[i]);
}
out.close();
}
}

字符输入流Reader

enter image description here
Writer和Reader操作的目的就是操作字符和不是字节,和InputStream和OutputStream配合增加IO效果。通过InputStreamReader和OutputStreamReader可以进行字节和字符的转换,设计Writer和Reader的目的是国际化,使IO操作支持16位的Unicode。

Reader 是所有的输入字符流的父类,它是一个抽象类。
CharReader、StringReader是两种基本的介质流,它们分别将Char 数组、String中读取数据。PipedReader 是从与其它线程共用的管道中读取数据。
BufferedReader 很明显就是一个装饰器,它和其子类负责装饰其它Reader 对象。
FilterReader 是所有自定义具体装饰流的父类,其子类PushbackReader 对Reader 对象进行装饰,会增加一个行号。
InputStreamReader 是一个连接字节流和字符流的桥梁,它将字节流转变为字符流。FileReader可以说是一个达到此功能、常用的工具类,在其源代码中明显使用了将FileInputStream 转变为Reader 的方法。我们可以从这个类中得到一定的技巧。Reader 中各个类的用途和使用方法基本和InputStream 中的类使用一致。后面会有Reader 与InputStream 的对应关系。

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/**
* 字符流
* 从文件中读出内容
* */
import java.io.*;
class hello{
public static void main(String[] args) throws IOException {
String fileName="D:"+File.separator+"hello.txt";
File f=new File(fileName);
char[] ch=new char[100];
Reader read=new FileReader(f);
int temp=0;
int count=0;
while((temp=read.read())!=(-1)){
ch[count++]=(char)temp;
}
read.close();
System.out.println("内容为"+new String(ch,0,count));
}
}

BufferedReader只能接受字符流的缓冲区,因为每一个中文需要占据两个字节,所以需要将System.in这个字节输入流变为字符输入流,采用:

BufferedReader buf = new BufferedReader(newInputStreamReader(System.in));

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;

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/**
* 使用缓冲区从键盘上读入内容
* */
public class BufferedReaderDemo{
public static void main(String[] args){
BufferedReader buf = new BufferedReader(
newInputStreamReader(System.in));
String str = null;
System.out.println("请输入内容");
try{
str = buf.readLine();
}catch(IOException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println("你输入的内容是:" + str);
}
}

Scanner 类也很强大

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import java.io.File;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.util.Scanner;
/**
*Scanner的小例子,从文件中读内容
* */
public class ScannerDemo{
public static void main(String[] args){
File file = new File("d:" + File.separator +"hello.txt");
Scanner sca = null;
try{
sca = new Scanner(file);
}catch(FileNotFoundException e){
e.printStackTrace();
}
String str = sca.next();
System.out.println("从文件中读取的内容是:" + str);
}

字符输出流Writer

Writer 是所有的输出字符流的父类,它是一个抽象类。
enter image description here
CharArrayWriter、StringWriter 是两种基本的介质流,它们分别向Char 数组、String 中写入数据。

PipedWriter 是向与其它线程共用的管道中写入数据,

BufferedWriter 是一个装饰器为Writer 提供缓冲功能。

PrintWriter 和PrintStream 极其类似,功能和使用也非常相似。

OutputStreamWriter 是OutputStream 到Writer 转换的桥梁,它的子类FileWriter 其实就是一个实现此功能的具体类(具体可以研究一SourceCode)。功能和使用和OutputStream 极其类似,后面会有它们的对应图。

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/**
* 字符流
* 写入数据
* */
import java.io.*;
class hello{
public static void main(String[] args) throws IOException {
String fileName="D:"+File.separator+"hello.txt";
File f=new File(fileName);
Writer out =new FileWriter(f);
String str="hello";
out.write(str);
out.close();
}
}

注意:这个例子上之前的例子没什么区别,只是你可以直接输入字符串,而不需要你将字符串转化为字节数组。当你如果想问文件中追加内容的时候,可以使用将上面的声明out的哪一行换为:

字符流和字节流的转换

  • 转换流的特点:
    (1)其是字符流和字节流之间的桥梁
    (2)可对读取到的字节数据经过指定编码转换成字符
    (3)可对读取到的字符数据经过指定编码转换成字节

  • 何时使用转换流?
    当字节和字符之间有转换动作时;
    流操作的数据需要编码或解码时。

  • 具体的对象体现:
    InputStreamReader:字节到字符的桥梁
    OutputStreamWriter:字符到字节的桥梁

这两个流对象是字符体系中的成员,它们有转换作用,本身又是字符流,所以在构造的时候需要传入字节流对象进来。

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Writer out=new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(file));
out.write("hello");
Reader read=new InputStreamReader(new FileInputStream(file));

File类

File类是对文件系统中文件以及文件夹进行封装的对象,可以通过对象的思想来操作文件和文件夹。 File类保存文件或目录的各种元数据信息,包括文件名、文件长度、最后修改时间、是否可读、获取当前文件的路径名,判断指定文件是否存在、获得当前目录中的文件列表,创建、删除文件和目录等方法。

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import java.io.*;
class hello{
public static void main(String[] args) {
File f=new File("D:\\hello.txt");
try{
f.createNewFile();
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

String[] str=f.list();
File[] str=f.listFiles();\包含隐藏文件

RandomAccessFile
该对象并不是流体系中的一员,其封装了字节流,同时还封装了一个缓冲区(字符数组),通过内部的指针来操作字符数组中的数据。该对象特点:
该对象只能操作文件,所以构造函数接收两种类型的参数:
a.字符串文件路径;b.File对象。
该对象既可以对文件进行读操作,也能进行写操作,在进行对象实例化时可指定操作模式(r,rw)
注意:该对象在实例化时,如果要操作的文件不存在,会自动创建;如果文件存在,写数据未指定位置,会从头开始写,即覆盖原有的内容。可以用于多线程下载或多个线程同时写数据到文件。

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* 使用RandomAccessFile写入文件
* */
import java.io.*;
class hello{
public static void main(String[]args) throws IOException {
StringfileName="D:"+File.separator+"hello.txt";
File f=new File(fileName);
RandomAccessFile demo=new RandomAccessFile(f,"rw");
demo.writeBytes("asdsad");
demo.writeInt(12);
demo.writeBoolean(true);
demo.writeChar('A');
demo.writeFloat(1.21f);
demo.writeDouble(12.123);
demo.close();
}
}

流的高级概念

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import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
/**
* 乱码的产生
* */
public class CharSetDemo2{
public static void main(String[] args) throws IOException{
File file = new File("d:" + File.separator + "hello.txt");
OutputStream out = new FileOutputStream(file);
byte[] bytes = "你好".getBytes("ISO8859-1");
out.write(bytes);
out.close();
}//输出结果为乱码,系统默认编码为GBK,而此处编码为ISO8859-1
}

序列化

对象序列化就是把一个对象变为二进制数据流的一种方法。
一个类要想被序列化,就行必须实现java.io.Serializable接口。虽然这个接口中没有任何方法,就如同之前的cloneable接口一样。实现了这个接口之后,就表示这个类具有被序列化的能力。
【案例 】实现具有序列化能力的类

序列化一个对象 – ObjectOutputStream

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import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectOutputStream;
/**
* 实现具有序列化能力的类
* */
public class Person implements Serializable{
public Person(){
}
public Person(String name,int age){
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString(){
return "姓名:" +name + " 年龄:" +age;
}
private String name;
private int age;
}
/**
* 示范ObjectOutputStream
* */
public class ObjectOutputStreamDemo{
public static void main(String[] args) throws IOException{
File file = newFile("d:" + File.separator + "hello.txt");
ObjectOutputStream oos= new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(
file));
oos.writeObject(newPerson("rollen", 20));
oos.close();
}
}

反序列化

注意:被Serializable接口声明的类的对象的属性都将被序列化,但是如果想自定义序列化的内容的时候,就需要实现Externalizable接口。
当一个类要使用Externalizable这个接口的时候,这个类中必须要有一个无参的构造函数,如果没有的话,在构造的时候会产生异常,这是因为在反序列话的时候会默认调用无参的构造函数。
现在我们来演示一下序列化和反序列话:
【案例 】使用Externalizable来定制序列化和反序列化操作

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package IO;
import java.io.Externalizable;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInput;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutput;
import java.io.ObjectOutputStream;
/**
* 序列化和反序列化的操作
* */
public class ExternalizableDemo{
public static voidmain(String[] args) throws Exception{
ser(); // 序列化
dser(); // 反序列话
}
public static void ser()throws Exception{
File file = newFile("d:" + File.separator + "hello.txt");
ObjectOutputStream out= new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(
file));
out.writeObject(newPerson("rollen", 20));
out.close();
}
public static void dser()throws Exception{
File file = newFile("d:" + File.separator + "hello.txt");
ObjectInputStreaminput = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
file));
Object obj =input.readObject();
input.close();
System.out.println(obj);
}
}
class Person implements Externalizable{
public Person(){
}
public Person(String name,int age){
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString(){
return "姓名:" +name + " 年龄:" +age;
}
// 复写这个方法,根据需要可以保存的属性或者具体内容,在序列化的时候使用
@Override
public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException{
out.writeObject(this.name);
out.writeInt(age);
}
// 复写这个方法,根据需要读取内容 反序列话的时候需要
@Override
public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException,
ClassNotFoundException{
this.name = (String)in.readObject();
this.age =in.readInt();
}
private String name;
private int age;
}

注意:Serializable接口实现的操作其实是吧一个对象中的全部属性进行序列化,当然也可以使用我们上使用是Externalizable接口以实现部分属性的序列化,但是这样的操作比较麻烦, 当我们使用Serializable接口实现序列化操作的时候,如果一个对象的某一个属性不想被序列化保存下来,那么我们可以使用transient关键字进行说明: 【案例 】使用transient关键字定制序列化和反序列化操作

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package IO;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;
/**
* 序列化和反序列化的操作
* */
public class serDemo{
public static void main(String[] args) throws Exception{
ser(); // 序列化
dser(); // 反序列话
}
public static void ser()throws Exception{
File file = newFile("d:" + File.separator + "hello.txt");
ObjectOutputStream out= new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(
file));
out.writeObject(new Person1("rollen", 20));
out.close();
}
public static void dser()throws Exception{
File file = newFile("d:" + File.separator + "hello.txt");
ObjectInputStream input = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
file));
Object obj =input.readObject();
input.close();
System.out.println(obj);
}
}
class Person1 implements Serializable{
public Person1(){
}
public Person1(String name, int age){
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString(){
return "姓名:" +name + " 年龄:" +age;
}
// 注意这里
private transient String name;
private int age;
}

@refer: