Java培训课程之IO流原理及流的分类

1 Java IO流原理

• I/O是Input/Output的缩写， I/O技术是非常实用的技术，用于处理设备之间的数据传输。如读/写文件，网络通讯等。
• Java程序中，对于数据的输入/输出操作以”流(stream)” 的方式进行。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

2 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
• 按流的角色的不同分为：节点流，处理流

 

1. Java的IO流共涉及40多个类，实际上非常规则，都是从如下4个抽象基类派生的。
2. 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。

节点流和处理流

1.节点流可以从一个特定的数据源读写数据

2.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。

InputStream & Reader

• InputStream 和 Reader 是所有输入流的基类。
• InputStream（典型实现：FileInputStream）
  • int read()
  • int read(byte[] b)
  • int read(byte[] b, int off, int len)
• Reader（典型实现：FileReader）
  • int read()
  • int read(char [] c)
  • int read(char [] c, int off, int len)
• 程序中打开的文件 IO 资源不属于内存里的资源，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。

3 节点流(文件流)

读取文件

1.建立一个流对象，将已存在的一个文件加载进流。

• FileReader fr = new FileReader(“Test.txt”);

2.创建一个临时存放数据的数组。

• char[] ch = new char[1024];

3.调用流对象的读取方法将流中的数据读入到数组中。

• read(ch);

 

FileReader fr = null;

       try{

              fr = new FileReader(“c:\\test.txt”);

              char[] buf = new char[1024];

              int len= 0;

              while((len=fr.read(buf))!=-1){

                     System.out.println(new String(buf ,0,len));}

       }catch (IOException e){

              System.out.println(“read-Exception :”+e.toString());}

       finally{

              if(fr!=null){

                     try{

                            fr.close();

                     }catch (IOException e){

              System.out.println(“close-Exception :”+e.toString());

                     } } }

 

写入文件

1.创建流对象，建立数据存放文件

• FileWriter fw = new FileWriter(“Test.txt”);

2.调用流对象的写入方法，将数据写入流

• write(“text”);

3.关闭流资源，并将流中的数据清空到文件中。

• close();

 

FileWriter fw = null;

    try{

        fw = new FileWriter(“Test.txt”);

        fw.write(“text”);

    }

    catch (IOException e){

        System.out.println(e.toString());

    }

    finally{

        If(fw!=null)

        try{

         fw.close();

        }

        catch (IOException e){

            System.out.println(e.toString());}  }

 

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

4 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：
• BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream
• BufferedReader 和 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
• 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

 

BufferedReader br = null;

BufferedWriter bw = null;           

try {

//step1:创建缓冲流对象：它是过滤流，是对节点流的包装

br = new  BufferedReader(new FileReader(“d:\\IOTest\\source.txt”));

bw = new BufferedWriter(new FileWriter(“d:\\IOTest\\destBF.txt”));

String str = null;

while ((str = br.readLine()) != null) { //一次读取字符文本文件的一行字符

bw.write(str); //一次写入一行字符串

bw.newLine();  //写入行分隔符

bw.flush();  //step2:刷新缓冲区

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

} finally {

// step3: 关闭IO流对象

 

try {

if (bw != null) {

bw.close();  //关闭过滤流时,会自动关闭它所包装的底层节点流

}

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

try {

if (br != null) {

br.close();

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

}

5 转换流

转换流

• 转换流提供了在字节流和字符流之间的转换
• Java API提供了两个转换流：
  • InputStreamReader和OutputStreamWriter
• 字节流中的数据都是字符时，转成字符流操作更高效。

 

InputStreamReader

• 用于将字节流中读取到的字节按指定字符集解码成字符。需要和InputStream“套接”。
• 构造方法
• public InputStreamReader(InputStream in)
• public InputSreamReader(InputStream in,String charsetName)

如： Reader isr = new

                     InputStreamReader(System.in,”gb2312”);

OutputStreamWriter

• 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)

public void testMyInput() throws Exception{

    FileInputStream fis = new FileInputStream(“dbcp.txt”);

    FileOutputStream fos = new FileOutputStream(“dbcp5.txt”);

    InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis,”GBK”);

    OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(fos,”GBK”);

    BufferedReader br = new BufferedReader(isr);

    BufferedWriter bw = new BufferedWriter(osw);

    String str = null;

    while((str = br.readLine()) != null){

        bw.write(str);

        bw.newLine();

        bw.flush();

}   

bw.close(); 

br.close();

}

 

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：最多用三个字节来表示一个字符
• 编码：字符串à字节数组
• 解码：字节数组à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函数完成。

6 标准输入/输出流

标准输入/输出流

• 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
• in的类型是InputStream
• 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)

 

例   题

从键盘输入字符串，要求将读取到的整行字符串转成大写输出。然后继续进行输入操作，直至当输入“e”或者“exit”时，退出程序。

 

System.out.println(“请输入信息(退出输入e或exit):”);

              // 把”标准”输入流(键盘输入)这个字节流包装成字符流,再包装成缓冲流

              BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

              String s = null;

              try {

                     // 读取用户输入的一行数据 –> 阻塞程序

                     while ((s = br.readLine()) != null) {

                            if (s.equalsIgnoreCase(“e”) || s.equalsIgnoreCase(“exit”)) {

                                   System.out.println(“安全退出!!”);

                                   break;

                            }

                            // 将读取到的整行字符串转成大写输出

                            System.out.println(“–>:” + s.toUpperCase());

                            System.out.println(“继续输入信息”);

                     }

              } catch (IOException e) {

                     e.printStackTrace();

              } finally {

                     try {

                            if (br != null) {

                                   br.close(); // 关闭过滤流时,会自动关闭它包装的底层节点流

                            }

                     } catch (IOException e) {

                            e.printStackTrace();

                     }

              }

 

7 打印流

• 实现将基本数据类型的数据格式转化为字符串输出
• 打印流：PrintStream和PrintWriter
  • 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
  • out返回的是PrintStream的实例

 

FileOutputStream fos = null;

              try {

                     fos = new FileOutputStream(new File(“D:\\IO\\text.txt”));

              } catch (FileNotFoundException e) {

                     e.printStackTrace();

              } // 创建打印输出流,设置为自动刷新模式(写入换行符或字节 ‘\n’ 时都会刷新输出缓冲区)

              PrintStream ps = new PrintStream(fos, true);

              if (ps != null) { // 把标准输出流(控制台输出)改成文件

                     System.setOut(ps);

              }

              for (int i = 0; i <= 255; i++) { // 输出ASCII字符

                     System.out.print((char) i);

                     if (i % 50 == 0) { // 每50个数据一行

                            System.out.println(); // 换行

                     }

              }

              ps.close();

 

8 数据流

• 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。

 

DataOutputStream dos = null;

        try { // 创建连接到指定文件的数据输出流对象

            dos=newDataOutputStream(new FileOutputStream(“d:\\IOTest\\destData.dat”));

            dos.writeUTF(“ab中国”); // 写UTF字符串

            dos.writeBoolean(false); // 写入布尔值

            dos.writeLong(1234567890L); // 写入长整数

            System.out.println(“写文件成功!”);

        } catch (IOException e) {

            e.printStackTrace();

        } finally { // 关闭流对象

            try {

                if (dos != null) {

                   // 关闭过滤流时,会自动关闭它包装的底层节点流

                   dos.close();

                }

            } catch (IOException e) {

                e.printStackTrace();

            }

        }

9 对象流

   对象流

• ObjectInputStream和OjbectOutputSteam
• 用于存储和读取基本数据类型数据或对象的处理流。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：用ObjectOutputStream类保存基本类型数据或对象的机制
• 反序列化：用ObjectInputStream类读取基本类型数据或对象的机制
• 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

 

ObjectOutputStream oos =

             new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(“test3.txt”));

     Person p = new Person(“韩梅梅”, 18, “中华大街”, new Pet());

     oos.writeObject(p);

     oos.flush();

     oos.close();

     // 反序列化：将磁盘中的对象数据源读出。

     ObjectInputStream ois =

             new ObjectInputStream(new FileInputStream(“test3.txt”));

     Person p1 = (Person) ois.readObject();

     System.out.println(p1.toString());

     ois.close();

10 随机存取文件流

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

 

读取文件内容

RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(“test.txt”, “rw”）;    raf.seek(5);

    byte [] b = new byte[1024];

    int off = 0;

    int len = 5;

    raf.read(b, off, len);

 

    String str = new String(b, 0, len);

    System.out.println(str);

 

    raf.close();

 

写入文件内容

 

RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(“test.txt”, “rw”);

    raf.seek(5);

 

    //先读出来

    String temp = raf.readLine();

 

    raf.seek(5);

    raf.write(“xyz”.getBytes());

    raf.write(temp.getBytes());

 

    raf.close();

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