Java IO流大闯关--IO流的常用实现类

这个系列的博客主要是对Java高级编程中IO流相关的知识点做一个梳理，内容主要包括File类、IO流原理及流的分类、文件流、缓冲流、转换流、标准输入输出流、打印流、数据流、对象流、随机存取文件流、NIO等几个大的模块。该系列博客的文章如下，推荐按顺序阅读：

Java IO流大闯关–File类.
Java IO流大闯关–IO流的常用实现类.
Java IO流大闯关–其它流与新特性.
文章目录
- Java IO原理与分类
- 四大基类
- - InputStream & Reader
  - OutputStream & Writer
- 节点流（文件流）
- 缓冲流
- 转换流
- 参考文献
- 更多

Java IO原理与分类

I/O是Input/Output的缩写，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，java.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。
输入input:读取外部数据（磁盘、光盘等存储设备的数据）到程序（内存）中。
输出output:将程序（内存）数据输出到磁盘、光盘等存储设备中。
都是站在程序的角度来判断是输入还是输出的。

按照不同的分类，IO流种类不同，一般常见

按操作数据单位不同分为：字节流（8bit），字符流（16bit）
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。
节点流是指直接从数据源或目的地读写数据，处理流是指不直接连接到数据源或目的地，而是直接连接在已经存在的流（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。

四大基类

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。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。

InputStream & Reader

InputStream 和Reader是所有输入流的基类。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，所以应该显示关闭文件IO资源。

抽象类InputStream的重要方法

方法声明	方法作用
int read()	从输入流中读取数据的下一个字节。返回0到255范围内的int字节值。如果因为已经到达流末尾而没有可用的字节，返回值-1。
int read(byte[] b)	从此输入流中将最多b.length个字节的数据读入一个byte数组中。如果因为已经到达流末尾而没有可用的字节，则返回值-1。否则以整数形式返回实际读取的字节数。
int read(byte[] b, int off, int len)	将输入流中最多len个数据字节读入byte数组。尝试读取len字节，但读取的字节也可能小于该值。以整数形式返回实际读取的字节数。如果因为流位于文件末尾而没有可用的字节，则返回值-1。
public void close() throws IOException	关闭此输入流并释放与该流关联的所有系统资源。

抽象类Reader的重要方法

方法声明	方法作用
int read()	从输入流中读取数据的下一个字符。范围在0到65535之间。如果因为已经到达流末尾返回值-1。
int read(char[] cbuf)	将字符读入数组。如果因为已经到达流末尾，则返回值-1。否则返回实际读取的字符数。
int read(char[] cbuf, int off, int len)	将字符读入数组的某一部分。存到数组cbuf中，从off处开始存储，最多读len个字符。如果因为流位于文件末尾，则返回值-1，否则返回本次读取的字符数。
public void close() throws IOException	关闭此输入流并释放与该流关联的所有系统资源。

OutputStream & Writer

InputStream 和Reader是所有输出流的基类。

抽象类OutputStream的重要方法

void write(int b): 将指定的字节写入此输出流。
void write(byte[] b): 将b.length个字节从指定的byte[]数组写入此输出流。write(b)的常规协定是：应该与调用write(b,0,b.length)的效果完全相同。
void write(byte[] b, int off, int len): 将指定byte数组中从偏移量off开始的len个字节写入此输出流。
public void flush() throws IOException:刷新此输出流并强制写出所有缓冲的输出字节，调用此方法指示应将这些字节立即写入它们预期的目标。
public void close() throws IOException: 关闭此输出流并释放与该流关联的所有系统资源。

抽象类Writer的重要方法

void write(int c): 写入单个字符。
void write(char[] cbuf): 写入字符数组
void write(char[] cbuf, int off, int len): 写入字符数组的某一部分，从off开始，写入len个字符。
void write(String str): 写入字符串。
void write(String str, int off, int len): 写入字符串的某一部分
void flush()：刷新该流的缓冲，则立即将它们写入预期目标。
public void close() throws IOException：关闭输出流并释放与该流相关联的所有系统资源。

节点流（文件流）

读取文件的一般步骤

建立一个流对象，将已存在的一个文件加载进流。
创建一个临时存放数据的数组。
调用流对象的读取方法将流中的数据读入到数组中。
关闭资源。

/**
仅展示方法体内容
*/FileReader fr = null;try {fr = new FileReader(new File("c:\\test.txt"));char[] buf = new char[1024];int len;while ((len = fr.read(buf)) != -1) {System.out.print(new String(buf, 0, len));}} catch (IOException e) {System.out.println("read-Exception :" + e.getMessage());} finally {if (fr != null) {try {fr.close();} catch (IOException e) {System.out.println("close-Exception :" + e.getMessage());} } }

写入文件的一般步骤

建立一个流对象，建立数据存放所在的文件。
调用流对象的写入方法将数据写入流。
关闭流资源，并将流中的数据清空到文件中。

 FileWriter fw = null;try {fw = new FileWriter(new File("Test.txt"));fw.write("helloworld");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {if (fw != null)try {fw.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} }

注意点：

定义文件路径时，注意：可以用“/”或者“\\”。
在写入一个文件时，如果使用构造器FileOutputStream(file)，则目录下有同名文件将被覆盖。
如果使用构造器FileOutputStream(file,true)，则目录下的同名文件不会被覆盖，在文件内容末尾追加内容。
在读取文件时，必须保证该文件已存在，否则报异常。
字节流操作字节，比如：.mp3，.avi，.rmvb，mp4，.jpg，.doc，.ppt
字符流操作字符，只能操作普通文本文件。最常见的文本文件：.txt，.java，.c，.cpp 等语言的源代码。尤其注意.doc,excel,ppt这些不是文本文件。

上面写了字符流的处理文本文件的关键代码，下面给出字节流处理非文本文件和图片，实际上利用字节流可以实现文本文件的复制。代码实际上都是大同小异，记住关键步骤即可，另外实际开发过程中都会使用第三方jar包调用工具方法，因此这里重点还是了解实现原理。

package com.learnjiawa.iostream;import org.junit.Test;import java.io.*;/*** 测试FileInputStream和FileOutputStream的使用** 结论：* 1. 对于文本文件(.txt,.java,.c,.cpp)，使用字符流处理* 2. 对于非文本文件(.jpg,.mp3,.mp4,.avi,.doc,.ppt,...)，使用字节流处理*/
public class FileInputOutputStreamTest {//使用字节流FileInputStream处理文本文件，可能出现乱码。@Testpublic void testFileInputStream() {FileInputStream fis = null;try {//1. 造文件File file = new File("hello.txt");//2.造流fis = new FileInputStream(file);//3.读数据byte[] buffer = new byte[5];int len;//记录每次读取的字节的个数while((len = fis.read(buffer)) != -1){String str = new String(buffer,0,len);System.out.print(str);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {if(fis != null){//4.关闭资源try {fis.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}}/*实现对图片的复制操作*/@Testpublic void testFileInputOutputStream()  {FileInputStream fis = null;FileOutputStream fos = null;try {//File srcFile = new File("爱情与友情.jpg");File destFile = new File("爱情与友情2.jpg");//fis = new FileInputStream(srcFile);fos = new FileOutputStream(destFile);//复制的过程byte[] buffer = new byte[5];int len;while((len = fis.read(buffer)) != -1){fos.write(buffer,0,len);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {if(fos != null){//try {fos.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}if(fis != null){try {fis.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}}//指定路径下文件的复制public void copyFile(String srcPath,String destPath){FileInputStream fis = null;FileOutputStream fos = null;try {//File srcFile = new File(srcPath);File destFile = new File(destPath);//fis = new FileInputStream(srcFile);fos = new FileOutputStream(destFile);//复制的过程byte[] buffer = new byte[1024];int len;while((len = fis.read(buffer)) != -1){fos.write(buffer,0,len);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {if(fos != null){//try {fos.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}if(fis != null){try {fis.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}}@Testpublic void testCopyFile(){long start = System.currentTimeMillis();String srcPath = "C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\01-视频.avi";String destPath = "C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\02-视频.avi";//        String srcPath = "hello.txt";
//        String destPath = "hello3.txt";copyFile(srcPath,destPath);long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("复制操作花费的时间为：" + (end - start));//618}}

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，缺省使用8192个字节（8kb）的缓冲区。缓冲流要“套接”相应的节点流之上，根据数据操作单位可以把缓冲流分为BufferedInputStream和BufferedOutputStream，BufferedReader和BufferedWriter。

当读取数据时，数据按块读入缓冲区，其后的读操作则直接访问缓冲区。当使用BufferedInputStream读取字节文件时，BufferedInputStream会一次性从文件中读取8192个（8kb），存在缓冲区中，直到缓冲区装满了，才重新从文件中读取下一个8192个字节数组。
向流中写入字节时，不会直接写到文件，先写到缓冲区中直到缓冲区写满，BufferedOutputStream才会把缓冲区中的数据一次性写到文件里。
使用方法flush()可以强制将缓冲区的内容全部写入输出流，手动将buffer中内容写入文件。如果是带缓冲区的流对象的close()方法，不但会关闭流，还会在关闭流之前刷新缓冲区，关闭后不能再写出。
关闭流的顺序和打开流的顺序相反。只要关闭最外层流即可，关闭最外层流也会相应关闭内层节点流。

package com.learjiawa.iostream;import org.junit.Test;import java.io.*;/*** 处理流之一：缓冲流的使用** 1.缓冲流：* BufferedInputStream* BufferedOutputStream* BufferedReader* BufferedWriter** 2.作用：提供流的读取、写入的速度*   提高读写速度的原因：内部提供了一个缓冲区** 3. 处理流，就是“套接”在已有的流的基础上。*/
public class BufferedTest {/*实现非文本文件的复制*/@Testpublic void BufferedStreamTest() throws FileNotFoundException {BufferedInputStream bis = null;BufferedOutputStream bos = null;try {//1.造文件File srcFile = new File("爱情与友情.jpg");File destFile = new File("爱情与友情3.jpg");//2.造流//2.1 造节点流FileInputStream fis = new FileInputStream((srcFile));FileOutputStream fos = new FileOutputStream(destFile);//2.2 造缓冲流bis = new BufferedInputStream(fis);bos = new BufferedOutputStream(fos);//3.复制的细节：读取、写入byte[] buffer = new byte[10];int len;while((len = bis.read(buffer)) != -1){bos.write(buffer,0,len);//                bos.flush();//刷新缓冲区}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {//4.资源关闭//要求：先关闭外层的流，再关闭内层的流if(bos != null){try {bos.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}if(bis != null){try {bis.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}//说明：关闭外层流的同时，内层流也会自动的进行关闭。关于内层流的关闭，我们可以省略.
//        fos.close();
//        fis.close();}}//实现文件复制的方法public void copyFileWithBuffered(String srcPath,String destPath){BufferedInputStream bis = null;BufferedOutputStream bos = null;try {//1.造文件File srcFile = new File(srcPath);File destFile = new File(destPath);//2.造流//2.1 造节点流FileInputStream fis = new FileInputStream((srcFile));FileOutputStream fos = new FileOutputStream(destFile);//2.2 造缓冲流bis = new BufferedInputStream(fis);bos = new BufferedOutputStream(fos);//3.复制的细节：读取、写入byte[] buffer = new byte[1024];int len;while((len = bis.read(buffer)) != -1){bos.write(buffer,0,len);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {//4.资源关闭//要求：先关闭外层的流，再关闭内层的流if(bos != null){try {bos.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}if(bis != null){try {bis.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}//说明：关闭外层流的同时，内层流也会自动的进行关闭。关于内层流的关闭，我们可以省略.
//        fos.close();
//        fis.close();}}@Testpublic void testCopyFileWithBuffered(){long start = System.currentTimeMillis();String srcPath = "C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\01-视频.avi";String destPath = "C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\03-视频.avi";copyFileWithBuffered(srcPath,destPath);long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("复制操作花费的时间为：" + (end - start));//618 - 176}/*使用BufferedReader和BufferedWriter实现文本文件的复制*/@Testpublic void testBufferedReaderBufferedWriter(){BufferedReader br = null;BufferedWriter bw = null;try {//创建文件和相应的流br = new BufferedReader(new FileReader(new File("dbcp.txt")));bw = new BufferedWriter(new FileWriter(new File("dbcp1.txt")));//读写操作//方式一：使用char[]数组
//            char[] cbuf = new char[1024];
//            int len;
//            while((len = br.read(cbuf)) != -1){//                bw.write(cbuf,0,len);
//    //            bw.flush();
//            }//方式二：使用StringString data;while((data = br.readLine()) != null){//方法一：
//                bw.write(data + "\n");//data中不包含换行符//方法二：bw.write(data);//data中不包含换行符bw.newLine();//提供换行的操作}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {//关闭资源if(bw != null){try {bw.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}if(br != null){try {br.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}}}

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: 将InputStream转换为Reader
实现将字节的输入流按指定字符集转换为字符的输入流，需要和InputStream“套接”。
public InputStreamReader(InputStream, String charsetName)
当不指定第二个参数时，默认选择utf-8。
OutputStreamWriter: 将Writer转换为OutputStream
实现将字符的输出流按指定字符集转换为字节的输出流，需要和OutputStream“套接”。
字节流中的数据都是字符时，转成字符流操作更高效。很多时候我们使用转换流来处理文件乱码问题。实现编码和解码的功能。

代码测试

package com.learnjiawa.iostream;import org.junit.Test;import java.io.*;/*** 处理流之二：转换流的使用* 1.转换流：属于字符流*   InputStreamReader：将一个字节的输入流转换为字符的输入流*   OutputStreamWriter：将一个字符的输出流转换为字节的输出流** 2.作用：提供字节流与字符流之间的转换** 3. 解码：字节、字节数组  --->字符数组、字符串*    编码：字符数组、字符串 ---> 字节、字节数组* 4.字符集*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。最多两个字节编码所有字符*GBK：中国的中文编码表升级，融合了更多的中文文字符号。最多两个字节编码*Unicode：国际标准码，融合了目前人类使用的所有字符。为每个字符分配唯一的字符码。所有的文字都用两个字节来表*示。*UTF-8：变长的编码方式，可用1-4个字节来表示一个字符。*/
public class InputStreamReaderTest {/*此时处理异常的话，仍然应该使用try-catch-finallyInputStreamReader的使用，实现字节的输入流到字符的输入流的转换*/@Testpublic void test1() throws IOException {FileInputStream fis = new FileInputStream("dbcp.txt");
//        InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis);//使用系统默认的字符集//参数2指明了字符集，具体使用哪个字符集，取决于文件dbcp.txt保存时使用的字符集InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis,"UTF-8");//使用系统默认的字符集char[] cbuf = new char[20];int len;while((len = isr.read(cbuf)) != -1){String str = new String(cbuf,0,len);System.out.print(str);}isr.close();}/*此时处理异常的话，仍然应该使用try-catch-finally综合使用InputStreamReader和OutputStreamWriter*/@Testpublic void test2() throws Exception {//1.造文件、造流File file1 = new File("dbcp.txt");File file2 = new File("dbcp_gbk.txt");FileInputStream fis = new FileInputStream(file1);FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file2);InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis,"utf-8");OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(fos,"gbk");//2.读写过程char[] cbuf = new char[20];int len;while((len = isr.read(cbuf)) != -1){osw.write(cbuf,0,len);}//3.关闭资源isr.close();osw.close();}}

参考文献

[1]Bruce Eckel.Java编程思想（第4版）[M].机械工业出版社，2008:525-589.

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