Web全栈~26.IO

上一期

Java处理文件的常见方法

IO流

在Java中,文件是视为输入输出(Input/Output , IO)设备的一种。Java使用基本统一的概念来处理所有的IO,包括键盘、显示终端、网络等。这个统一的概念称之为流。而流则有输入流和输出流之分。

输入流就是可以从中获取数据，输入流的实际提供者可以是键盘、文件、网络等。输出流就是可以向其中写入数据，输出流的实际目的地也可以是显示终端、文件、网络等。所以在我们后来学习Socket编程的时候就会经常的使用IO流。

Java的IO的基本类大多位于包java.io中。类InputStream表示输入流，OutputStream表示输出流，而FileInputStream表示文件输入流，FileOutputStream表示文件输出流。那么,有了流的概念，就也有了很多面向流的代码，比如说对流做加密、压缩、计算信息摘要、以及计算检验和等，这些代码呢接受的参数和返回的结果都是抽象的流，它们构成了一个协作体系，这类似于之前介绍的接口概念、面向接口的编程，以及容器类协作体系。一些实际上不是IO的数据源和目的地也转换为了流，以方便参与这种协作，比如字节数组，也包装为了流ByteArrayInputStream和ByteArrayOutputStream。

装饰器设计模式

基本的流按字节读写,没有缓冲区,这不方便使用。Java解决这个问题的方法是使用装饰器设计模式。在Java中也有很多的装饰类,有两个基类:过滤器输入流FileInputStream和过滤器输出流FileOutputStream。过滤器其实并没有改变流的本质,只是在流的基础上增加了些功能。

BufferedInputStream和BufferedOutputStream对流起缓冲装饰。

DataInputStream和DataOutput-Stream。可以按8种基本类型和字符串对流进行读写

GZIPInputStream、ZipInputStream、GZIPOutput-Stream和ZipOutputStream。可以对流进行压缩和解压缩

PrintStream可以将基本类型、对象输出为其字符串表示。

Reader/Writer

以InputStream/OutputStream为基类的流基本都是以二进制形式处理数据的，不能够方便地处理文本文件，没有编码的概念，能够方便地按字符处理文本数据的基类是Reader和Writer

FileReader和FileWriter读写文件。

BufferedReader和BufferedWriter起缓冲装饰

CharArrayReader和CharArrayWriter将字符数组包装为Reader/Writer

StringReader和StringWriter将字符串包装为Reader/Writer

InputStreamReader和OutputStreamWriter将InputStream/OutputStream转换为Reader/Writer。

PrintWriter将基本类型、对象输出为其字符串表示

序列化和反序列化

简单来说，序列化就是将内存中的Java对象持久保存到一个流中，反序列化就是从流中恢复Java对象到内存。序列化和反序列化主要有两个用处：一是对象状态持久化，二是网络远程调用，用于传递和返回对象。

Java主要通过接口Serializable和类ObjectInputStream/ObjectOutputStream提供对序列化的支持，基本的使用是比较简单的，但也有一些复杂的地方。不过，Java的默认序列化有一些缺点，比如，序列化后的形式比较大、浪费空间，序列化/反序列化的性能也比较低，更重要的问题是，它是Java特有的技术，不能与其他语言交互。

二进制文件和字节流

InputStream/OutputStream

IO流的基类,抽象类

FileInputStream/FileOutputStream

输入源和输出目标是文件的流

ByteArrayInputStream/ByteArrayOutputStream

输入源和输出目标是字节数组的流

DataInputStream/DataOutputStream

装饰类,按基本类型和字符串而非只是字节读写流

BufferedInputStream/BufferedOutputStream

装饰类,对输入输出流提供缓冲功能。

InputStream/OutputStream

InputStream

public int read（byte b［］） throws IOException

读入的字节放入参数数组b中，第一个字节存入b［0］，第二个存入b［1］，以此类推，一次最多读入的字节个数为数组b的长度，但实际读入的个数可能小于数组长度，返回值为实际读入的字节个数。如果刚开始读取时已到流结尾，则返回-1；否则，只要数组长度大于0，该方法都会尽力至少读取一个字节，如果流中一个字节都没有，它会阻塞，异常出现时也是抛出IOException。该方法不是抽象方法，InputStream有一个默认实现，主要就是循环调用读一个字节的read方法，但子类如FileInputStream往往会提供更为高效的实现。

批量读取还有一个更为通用的重载方法

public int read（byte b［］，int off，int len） throws IOException

读入的第一个字节放入b［off］，最多读取len个字节，read（byte b［］）就是调用了该方法。流读取结束后，应该关闭，以释放相关资源。不管read方法是否抛出了异常，都应该调用close方法，所以close方法通常应该放在finally语句内。close方法自己可能也会抛出IOException，但通常可以捕获并忽略。

OutputStream

public abstract void write（int b） throws IOException

向流中写入一个字节，参数类型虽然是int，但其实只会用到最低的8位。这个方法是抽象方法，具体子类必须实现，FileInputStream会调用本地方法。

public void write（byte b［］） throws IOException
public void write（byte b［］，int off，int len） throws IOException

在第二个方法中，第一个写入的字节是b［off］，写入个数为len，最后一个是b［off＋len-1］，第一个方法等同于调用write（b，0，b.length）；。OutputStream的默认实现是循环调用单字节的write（）方法，子类往往有更为高效的实现，FileOutpuStream会调用对应的批量写本地方法。

public void flush（） throws IOException
public void close（） throws IOException

flush方法将缓冲而未实际写的数据进行实际写入，比如，在BufferedOutputStream中，调用flush方法会将其缓冲区的内容写到其装饰的流中，并调用该流的flush方法。基类OutputStream没有缓冲，flush方法代码为空。

可能会认为，调用flush方法会强制确保数据保存到硬盘上，但实际上不是这样，FileOutputStream没有缓冲，没有重写flush方法，调用flush方法没有任何效果，数据只是传递给了操作系统，但操作系统什么时候保存到硬盘上，这是不一定的。要确保数据保存到了硬盘上，可以调用FileOutputStream中的特有方法

close方法一般会首先调用flush方法，然后再释放流占用的系统资源。同InputStream一样，close方法一般应该放在finally语句内。

FileInputStream/FileOutputStream

FileOutputStream

public FileOutputStream（File file，boolean append）throws FileNotFoundException
public FileOutputStream（String name） throws FileNotFoundException

File类型的参数file和字符串的类型的参数name都表示文件路径，路径可以是绝对路径，也可以是相对路径，如果文件已存在，append参数指定是追加还是覆盖，true表示追加，false表示覆盖，第二个构造方法没有append参数，表示覆盖。new一个FileOutputStream对象会实际打开文件，操作系统会分配相关资源。如果当前用户没有写权限，会抛出异常SecurityException，它是一种RuntimeException。如果指定的文件是一个已存在的目录，或者由于其他原因不能打开文件，会抛出异常FileNotFoundException，它是IOException的一个子类。

代码示例

public class Test {public static void main(String[] args) throws IOException {OutputStream outputStream = new FileOutputStream("G:/HTML/Java/fileTest/alvin.txt");try{String data = "hello world java";byte[] bytes = data.getBytes(Charset.forName("UTF-8"));outputStream.write(bytes);}finally {outputStream.close();}}
}

OutputStream只能以byte或byte数组写文件，为了写字符串，我们调用String的get-Bytes方法得到它的UTF-8编码的字节数组，再调用write（）方法，写的过程放在try语句内，在finally语句中调用close方法。

FileInputStream

public FileInputStream（String name） throws FileNotFoundException
public FileInputStream（File file） throws FileNotFoundException

参数与FileOutputStream类似，可以是文件路径或File对象，但必须是一个已存在的文件，不能是目录。new一个FileInputStream对象也会实际打开文件，操作系统会分配相关资源，如果文件不存在，会抛出异常FileNotFoundException，如果当前用户没有读的权限，会抛出异常SecurityException。

public static void main(String[] args) throws IOException {InputStream inputStream = new FileInputStream("G:/HTML/Java/fileTest/alvin.txt");try{byte[]buf = new byte[1024];int n = inputStream.read(buf);String data = new String(buf,0,n,"UTF-8");System.out.println(data);}finally {inputStream.close();}
}

读入到的是byte数组，我们使用String的带编码参数的构造方法将其转换为了String。这段代码假定一次read调用就读到了所有内容，且假定字节长度不超过1024。为了确保读到所有内容，可以逐个字节读取直到文件结束

public static void main(String[] args) throws IOException {InputStream inputStream = new FileInputStream("G:/HTML/Java/fileTest/alvin.txt");try{byte[]buf = new byte[1024];int n = -1;int index = 0;while((n = inputStream.read()) != -1){buf[index++] = (byte)n;}}finally {inputStream.close();}
}

在没有缓冲的情况下逐个字节读取性能很低，可以使用批量读入且确保读到结尾

public static void main(String[] args) throws IOException {InputStream inputStream = new FileInputStream("G:/HTML/Java/fileTest/alvin.txt");try{byte[]buf = new byte[1024];int off = 0;int n = 0;while((n = inputStream.read(buf,off,1024-off))!= -1){off += n;}String data = new String(buf,0,off,"UTF-8");System.out.println(data);}finally {inputStream.close();}}

ByteArrayInputStream/ByteArrayOutputStream

这里输入源和输出目标都是字节数组

ByteArrayOutputStream

ByteArrayOutputStream的输出目标是一个byte数组,这个数组的长度是根据数据内容动态扩展的。

public ByteArrayOutputStream（）
public ByteArrayOutputStream（int size）

第二个构造方法中的size指定的就是初始的数组大小，如果没有指定，则长度为32。在调用write方法的过程中，如果数组大小不够，会进行扩展，扩展策略同样是指数扩展，每次至少增加一倍。

ByteArrayOutputStream有如下方法，可以方便地将数据转换为字节数组或字符串

public synchronized byte［］toByteArray（）
/**
toString（）方法使用系统默认编码。
ByteArrayOutputStream中的数据也可以方便地写到另一个OutputStream：
**/
public synchronized String toString（）
public synchronized String toString（String charsetName）
public synchronized void writeTo（OutputStream out） throws IOException

size方法返回当前写入的字节个数。reset方法重置字节个数为0，reset后，可以重用已分配的数组。

public synchronized int size（）
public synchronized void reset（）

使用ByteArrayOutputStream，我们可以改进前面的读文件代码，确保将所有文件内容读入

    public static void main(String[] args) throws IOException {InputStream inputStream = new FileInputStream("G:/HTML/Java/fileTest/alvin.txt");try{ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();byte[] buf = new byte[1024];int n = 0;while((n = inputStream.read(buf)) != -1){byteArrayOutputStream.write(buf,0,n);}String data = byteArrayOutputStream.toString();System.out.println(data);}finally {inputStream.close();}}

读入的数据先写入ByteArrayOutputStream中，读完后，再调用其toString方法获取完整数据。

ByteArrayInputStream

ByteArrayInputStream将byte数组包装为一个输入流，是一种适配器模式

public ByteArrayInputStream（byte buf［］）
public ByteArrayInputStream（byte buf［］，int offset，int length）

构造方法以buf中offset开始的length个字节为背后的数据。ByteArrayInput-Stream的所有数据都在内存，支持mark/reset重复读取。

DataInputStream/DataOutputStream

DataOutputStream

DataOutputStream是装饰类基类FilterOutputStream的子类，FilterOutputStream是Output-Stream的子类。它接受一个已有的OutputStream，基本上将所有操作都代理给了它。DataOutputStream实现了DataOutput接口，可以以各种基本类型和字符串写入数据

void writeBoolean（boolean v） throws IOException;
void writeInt（int v） throws IOException;
void writeUTF（String s） throws IOException;

writeBoolean：写入一个字节，如果值为true，则写入1，否则0。

writeInt：写入4个字节，最高位字节先写入，最低位最后写入。

writeUTF：将字符串的UTF-8编码字节写入，这个编码格式与标准的UTF-8编码略有不同，不过，我们不用关心这个细节。

与FilterOutputStream一样，DataOutputStream的构造方法也是接受一个已有的Output-Stream

public DataOutputStream（OutputStream out）

代码案例(写)

class Student{private int son;private String name;private Double score;public Student(int son, String name, Double score) {this.son = son;this.name = name;this.score = score;}public int getSon() {return son;}public String getName() {return name;}public Double getScore() {return score;}
}
public class Test {public static void main(String[] args) throws IOException {List<Student> list = new ArrayList<>();Student A = new Student(1,"alvin",77.5);Student B = new Student(2,"bob",88.5);Student C = new Student(3,"clear",90.0);list.add(A); list.add(B); list.add(C);DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(new FileOutputStream("G:/HTML/Java/fileTest/alvin.txt"));try{dataOutputStream.writeInt(list.size());for(Student s : list){dataOutputStream.writeInt(s.getSon());dataOutputStream.writeUTF(s.getName());dataOutputStream.writeDouble(s.getSon());}}finally {dataOutputStream.close();}}
}

DataInputStream

DataInputStream是装饰类基类FilterInputStream的子类，FilterInputStream是Input-Stream的子类。DataInputStream实现了DataInput接口，可以以各种基本类型和字符串读取数据

boolean readBoolean（） throws IOException;
int readInt（） throws IOException;
String readUTF（） throws IOException;

在读取时，DataInputStream会先按字节读进来，然后转换为对应的类型。

代码案例(读)

public static void main(String[] args) throws IOException {DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(new FileInputStream("G:/HTML/Java/fileTest/alvin.txt"));try{int size = dataInputStream.readInt();List<Student> list = new ArrayList<>();for(int i = 0; i < size; i++){Student student = new Student(dataInputStream.readInt(),dataInputStream.readUTF(),dataInputStream.readDouble());list.add(student);}System.out.println(list.toString());}finally {dataInputStream.close();}}

BufferedInputStream/BufferedOutputStream

FileInputStream/FileOutputStream是没有缓冲的，按单个字节读写时性能比较低，虽然可以按字节数组读取以提高性能，但有时必须要按字节读写，怎么解决这个问题呢？方法是将文件流包装到缓冲流中。BufferedInputStream内部有个字节数组作为缓冲区，读取时，先从这个缓冲区读，缓冲区读完了再调用包装的流读

public BufferedInputStream（InputStream in）
public BufferedInputStream（InputStream in，int size）

size表示缓冲区大小，如果没有，默认值为8192。除了提高性能，BufferedInputStream也支持mark/reset，可以重复读取。与BufferedInputStream类似，BufferedOutputStream的构造方法也有两个，默认的缓冲区大小也是8192，它的flush方法会将缓冲区的内容写到包装的流中。在使用FileInputStream/FileOutputStream时，应该几乎总是在它的外面包上对应的缓冲类

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序列化和反序列化

二进制文件和字节流

InputStream/OutputStream

FileInputStream/FileOutputStream

ByteArrayInputStream/ByteArrayOutputStream

DataInputStream/DataOutputStream

BufferedInputStream/BufferedOutputStream

InputStream/OutputStream

InputStream

批量读取还有一个更为通用的重载方法

OutputStream

FileInputStream/FileOutputStream

FileOutputStream

代码示例

FileInputStream

ByteArrayInputStream/ByteArrayOutputStream

ByteArrayOutputStream

ByteArrayInputStream

DataInputStream/DataOutputStream

DataOutputStream

代码案例(写)

DataInputStream

代码案例(读)

BufferedInputStream/BufferedOutputStream

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