Java的数据流IO
引言：对程序语言的设计者来说，创建一个好的输入/输出(I/O)系统是一项艰难的任务 < Thinking in Java >
Java IO概要
-
Java IO中常用的类
image.png
在整个Java.io包中最重要的就是5个类和一个接口。5个类指的是File、OutputStream、InputStream、Writer、Reader；一个接口指的是Serializable.掌握了这些IO的核心操作那么对于Java中的IO体系也就有了一个初步的认识了
Java I/O主要包括如下几个层次，包含三个部分：
1.流式部分――IO的主体部分；
2.非流式部分――主要包含一些辅助流式部分的类，如：File类、RandomAccessFile类和FileDescriptor等类；
3.其他类--文件读取部分的与安全相关的类，如：SerializablePermission类，以及与本地操作系统相关的文件系统的类，如：FileSystem类和Win32FileSystem类和WinNTFileSystem类。
主要的类如下：
1. File（文件特征与管理）：用于文件或者目录的描述信息，例如生成新目录，修改文件名，删除文件，判断文件所在路径等。
2. InputStream（二进制格式操作）：抽象类，基于字节的输入操作，是所有输入流的父类。定义了所有输入流都具有的共同特征。
3. OutputStream（二进制格式操作）：抽象类。基于字节的输出操作。是所有输出流的父类。定义了所有输出流都具有的共同特征。
4.Reader（文件格式操作）：抽象类，基于字符的输入操作。
5. Writer（文件格式操作）：抽象类，基于字符的输出操作。
6. RandomAccessFile（随机文件操作）：一个独立的类，直接继承至Object.它的功能丰富，可以从文件的任意位置进行存取（输入输出）操作。
Java中IO流的体系结构如图：
image.png
-
Java流类的类结构图
image.png
1、流的概念和作用
流：代表任何有能力产出数据的数据源对象或者是有能力接受数据的接收端对象<Thinking in Java>
流的本质: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。
流的作用：为数据源和目的地建立一个输送通道。
Java中将输入输出抽象称为流，就好像水管，将两个容器连接起来。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.
2、Java IO所采用的模型
Java的IO模型设计非常优秀，它使用Decorator(装饰者)模式，按功能划分Stream，您可以动态装配这些Stream，以便获得您需要的功能。
例如，您需要一个具有缓冲的文件输入流，则应当组合使用FileInputStream和BufferedInputStream。
3.IO流的分类
- 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
- 按数据来源（去向）分类：
1、File（文件）： FileInputStream, FileOutputStream, FileReader, FileWriter
2、byte[]：ByteArrayInputStream, ByteArrayOutputStream
3、Char[]: CharArrayReader,CharArrayWriter
4、String:StringBufferInputStream, StringReader, StringWriter
5、网络数据流：InputStream,OutputStream, Reader, Writer
字符流和字节流
流序列中的数据既可以是未经加工的原始二进制数据，也可以是经一定编码处理后符合某种格式规定的特定数据。因此Java中的流分为两种：
1) 字节流：数据流中最小的数据单元是字节
2) 字符流：数据流中最小的数据单元是字符， Java中的字符是Unicode编码，一个字符占用两个字节。
字符流的由来： Java中字符是采用Unicode标准，一个字符是16位，即一个字符使用两个字节来表示。为此，JAVA中引入了处理字符的流。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
输入流和输出流
根据数据的输入、输出方向的不同对而将流分为输入流和输出流。
-
输入流
程序从输入流读取数据源。数据源包括外界(键盘、文件、网络…)，即是将数据源读入到程序的通信通道
image.png
-
输出流
程序向输出流写入数据。将程序中的数据输出到外界（显示器、打印机、文件、网络…）的通信通道。
image.png
采用数据流的目的就是使得输出输入独立于设备。
输入流( Input Stream )不关心数据源来自何种设备（键盘，文件，网络）。
输出流( Output Stream )不关心数据的目的是何种设备（键盘，文件，网络）。
4.Java IO流对象
1.输入字节流InputStream
image.png
IO 中输入字节流的继承图可见上图，可以看出：
1，InputStream是所有的输入字节流的父类，它是一个抽象类。
2， ByteArrayInputStream、StringBufferInputStream(上图的StreamBufferInputStream)、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。
3，PipedInputStream是从与其它线程共用的管道中读取数据.
4，ObjectInputStream和所有FilterInputStream的子类都是装饰流（装饰器模式的主角）。
image.png
InputStream中的三个基本的读方法
abstract int 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, int?off, int?len) ：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。
流结束的判断：方法read()的返回值为-1时；readLine()的返回值为null时。
其它方法
- long skip(long?n)：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(int?readlimit) ：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。
2.输出字节流OutputStream
image.png
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。
image.png
outputStream中的三个基本的写方法- abstract void write(int?b)：往输出流中写入一个字节。
- void write(byte[]?b) ：往输出流中写入数组b中的所有字节。
- void write(byte[]?b, int?off, int?len) ：往输出流中写入数组b中从偏移量off开始的len个字节的数据。
其它方法 - void flush() ：刷新输出流，强制缓冲区中的输出字节被写出。
- void close() ：关闭输出流，释放和这个流相关的系统资源。
3.字符输入流Reader
image.png
在上面的继承关系图中可以看出：
1.Reader是所有的输入字符流的父类，它是一个抽象类。
2.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。
3.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。
4.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。
5.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。
image.png
主要方法：
(1) public int read() throws IOException; //读取一个字符，返回值为读取的字符
(2) public int read(char cbuf[]) throws IOException; /读取一系列字符到数组cbuf[]中，返回值为实际读取的字符的数量/
(3) public abstract int read(char cbuf[],int off,int len) throws IOException;
/读取len个字符，从数组cbuf[]的下标off处开始存放，返回值为实际读取的字符数量，该方法必须由子类实现/
4.字符输出流Writer
image.png
在上面的关系图中可以看出：
1.Writer是所有的输出字符流的父类，它是一个抽象类。
2.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，
3.BufferedWriter是一个装饰器为Writer提供缓冲功能。
4.PrintWriter和PrintStream极其类似，功能和使用也非常相似。
5.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.
image.png
主要方法：
(1) public void write(int c) throws IOException； //将整型值c的低16位写入输出流
(2) public void write(char cbuf[]) throws IOException； //将字符数组cbuf[]写入输出流
(3) public abstract void write(char cbuf[],int off,int len) throws IOException； //将字符数组cbuf[]中的从索引为off的位置处开始的len个字符写入输出流
(4) public void write(String str) throws IOException； //将字符串str中的字符写入输出流
(5) public void write(String str,int off,int len) throws IOException； //将字符串str 中从索引off开始处的len个字符写入输出流
5.字符流的输入与输出的对应
image.png
6.字节流和字符流的区别
字节流和字符流的区别：(详细可以参见http://blog.csdn.net/qq_25184739/article/details/51203733)
- 缓冲区 ：节流没有缓冲区，是直接输出的，而字符流是输出到缓冲区的。因此在输出时，字节流不调用colse()方法时，信息已经输出了，而字符流只有在调用close()方法关闭缓冲区时，信息才输出。要想字符流在未关闭时输出信息，则需要手动调用flush()方法。
- 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。
- 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。
