Java IO基础原理你该知道这些

Java IO 也称为IO流，IO = 流，它的核心就是对文件的操作，对于字节、字符类型的输入和输出流。

IO是指对数据流的输入和输出，也称为IO流，IO流主要分为两大类，字节流和字符流。字节流可以处理任何类型的数据，如图片，视频等，字符流只能处理字符类型的数据。

IO流的本质是数据传输，并且流是单向的。

常用的字节流

IO分阻塞型IO和非阻塞型IO（NIO）

阻塞型IO在读取数据时，如果数据未到达，会一直阻塞到读取到数据为止，所以称为阻塞型IO，在高并发的环境下性能不佳。

NIO不是使用 “流” 来作为数据的传输方式，而是使用通道，通道的数据传输是双向的，且NIO的数据写入和读取都是异步的，不会阻塞线程，所以称为非阻塞型IO，在高并发的环境下性能很好。

Java流操作的相关类或接口：

File – 文件类

RandomAccessFile – 随机存储文件类

InputStream – 字节输入流

OutputStream – 字节输出流

Reader – 字符输入流

Writer – 字符输出流

Java流类图结构

流的概念和作用

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。即数据在设备间传输称之为流。

流的本质是数据传输，根据数据传输的特性将流区分为各种类，方便更直观的进行数据操作。

IO流的分类

· 根据数据处理的不同类型分为：字节流和字符流

· 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，本质上其实就是对于字节流的读取时，去查了指定的码表。

字节流和字符流的区别：

· 读写单位的不同：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：字节流可以处理任何类型的数据，如图片、avi等，而字符流只能处理字符类型的数据。

输入流和输出流

对于输入流只能进行读操作。

对于输出流只能进行鞋操作。

程序中需要对于传输数据的不同特性而使用不用的流。

Java IO流对象

1、输入字节流 InputStream

从IO中输入字节流的继承图中可以看出。

1）InputStream是所有数据字节流的父类，它是一个抽象类。

2）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是从与其他线程共用的管道中读取数据。

3）ObjectInputStream和所有FileInputStream 的子类都是装饰流（装饰器模式的主角）。

2、输出字节流 OutputStream

从IO中输入字节流的继承图中可以看出。

1）OutputStream是所有输出字节流的父类，它是一个抽象类。

2）ByteArrayOutputStream、FIleOutputStream是两种基本的介质，它们分别向Byte 数组，和本地文件中写入数据。PipedOutputStream是从与其他线程共用的管道中写入数据。

3）ObjectOutputStream和所有FileOutputStream的子类都是装饰流。

字节流的输入与输出对应图

图中蓝色为主要对应部分，红色为不对应部分，黑色的虚线部分代表这些流一般需要搭配使用。从上面的图中可以看出Java IO中的字节流是非常对称的。我们来看看这些字节流中不对称的几个类。

LineNumberInputStream 主要完成从流中读取数据时，会得到相应的行号，至于什么时候分行、在哪里分行是由改类主动确定的，并不是在原始中有这样一个行号。在输出部分没有对应的部分，我们完全可以自己建立一个LineNumberOutputStream，在最初写入时会有一个基准的行号，以后每次遇到换行时会在下一行添加一个行号，看起来也是可以的。好像更不入流了。
PushbackInputStream 的功能是查看最后一个字节，不满意就放入缓冲区。主要用在编译器的语法、词法分析部分。输出部分的BufferedOutputStream 几乎实现相近的功能。
StringBufferInputStream 已经被Deprecated，本身就不应该出现在InputStream 部分，主要因为String 应该属于字符流的范围。已经被废弃了，当然输出部分也没有必要需要它了！还允许它存在只是为了保持版本的向下兼容而已。
SequenceInputStream 可以认为是一个工具类，将两个或者多个输入流当成一个输入流依次读取。完全可以从IO 包中去除，还完全不影响IO 包的结构，却让其更“纯洁”――纯洁的Decorator 模式。
PrintStream 也可以认为是一个辅助工具。主要可以向其他输出流，或者FileInputStream 写入数据，本身内部实现还是带缓冲的。本质上是对其它流的综合运用的一个工具而已。一样可以踢出IO 包！System.out 和System.out 就是PrintStream 的实例。

3、字符输入流Reader

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。PipedInputReader 是从与其他线程共用的管道中读取数据。

3、BuffereReader 很明显的是一个装饰器，它和其子类复制装饰其他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，回增加一个行号。

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。

4、字符输出流Writer

在上面的关系图中可以看出：

1、Writer 是所有输出字符流的父类，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。PipedInputWriter 是从与其他线程共用的管道中读取数据。

3、BuffereWriter 很明显是一个装饰器，他和其子类复制装饰其他Reader对象。

4、FilterWriter 和PrintStream 及其类似，功能和使用也非常相似。

5、OutputStreamWriter 是OutputStream 到Writer 转换到桥梁，它的子类FileWriter 其实就是一个实现此功能的具体类（具体可以研究一下SourceCode）。功能和使用OutputStream极其类似。

字符流的输入与输出对应图

6、字符流与字节流的转换

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？

1、当字节和字符之间有转换动作时。

2、流操作的数据需要编码或解码时。

具体的对象体现：

1、InputStreamReader：字节到字符的桥梁。

2、OutputStreamWriter：字符到字节的桥梁。

这两个流对象时字符体系中的成员，它们有转换的作用，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。

7、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、判断文件是否存在、获取当前目录中的文件列表、创建、删除文件和目录等方法。

8、RandomAccessFile类

该对象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：

1、该对象只能操作文件，所以构造函数接受两种数据类型的参数：

· 字符串文件路径

· File对象

2、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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