Java IO(十一) DataInputStream 和 DataOutputStream

一、介绍

DataInputStream 和 DataOutputStream 是数据字节流,分别继承自 FilterInputStream 和 FilterOutputStream 和 实现了 DataInput 和 DataOutput。用来装饰其他的字节流。

  • DataInputStream:数据字节输入流,用来装饰其他的输入流,允许应用程序以与机器无关方式从底层输入流中读取基本 Java 数据类型。应用程序可以使用 DataOutputStream (数据字节输出流)写入由 DataInputStream (数据字节输入流)读取的数据。
  • DataOutputStream :数据字节输出流,用来装饰其他输出流,将 DataOutputStream 和 DataInputStream 输入流配合使用,允许应用程序以与机器无关方式从底层输入流中读写基本 Java 数据类型

二、构造方法

(一)、DataInputStream

public DataInputStream(InputStream in) //创建使用指定的底层 InputStream 的输入数据流

(二)、DataOutputStream

public DataOutputStream(OutputStream out) // 创建一个使用指定底层 OutputStream 的数据输出流,以将数据写入指定的底层输出流。

三、常用API

(一)、DataInputStream

(二)、DataOutputStream

四、DataInputStream 和 DataOutputStream  的编码问题

DataInputStream 和 DataOutputStream 关于编码有关的方法,分别是 String readUTF() void writeUTF(String str)。下面就这个两个方法说明一下编码问题

(一)、DataOutputStream 的 void writeUTF(String str)

DataOutputStream 的 writeUTF 方法是将以 UTF-8 的编码格式的数据写入底层输出流中。具体流程如下:

①、定义一个 strlen 变量,存储字符串的长度 int strlen = str.length();

②、通过 for 循环遍历 str ,根据c的大小决定存储长度utflen的大小,最大65535字节,也就是64kb,超出最大字节会抛出 UTFDataFormatException 异常。

for (int i = 0; i < strlen; i++) {
  c = str.charAt(i);
  if ((c >= 0x0001) && (c <= 0x007F)) {
    utflen++; // 单字节
  } else if (c > 0x07FF) {
    utflen += 3;// 三字节
  } else {
    utflen += 2; // 两字节
  }
}

③、定义一个byte数组类型的变量 bytearr,判断该数据输出流是否是 DataOutputStream,若是则: 设置bytearr的大小。+2是需要在 bytearr 前两字节中存储数据长度 utflen。

byte[] bytearr = null;
if (out instanceof DataOutputStream) {
  DataOutputStream dos = (DataOutputStream)out;
  if(dos.bytearr == null || (dos.bytearr.length < (utflen+2)))
    dos.bytearr = new byte[(utflen*2) + 2];
  bytearr = dos.bytearr;
} else {
  bytearr = new byte[utflen+2];
}

④、根据字符串的字符的字节数分别放入 bytearr 数组中

int i=0;
// 如果是ascii码就直接存在 bytearr 数组中
for (i=0; i<strlen; i++) {
  c = str.charAt(i);
  if (!((c >= 0x0001) && (c <= 0x007F))) break;
  bytearr[count++] = (byte) c;
} for (;i < strlen; i++){
  c = str.charAt(i);
  if ((c >= 0x0001) && (c <= 0x007F)) {
    // 如果是单字节
    bytearr[count++] = (byte) c;
  } else if (c > 0x07FF) {
    // 三字节
    bytearr[count++] = (byte) (0xE0 | ((c >> 12) & 0x0F));
    bytearr[count++] = (byte) (0x80 | ((c >> 6) & 0x3F));
    bytearr[count++] = (byte) (0x80 | ((c >> 0) & 0x3F));
  } else {
    // 两字节
    bytearr[count++] = (byte) (0xC0 | ((c >> 6) & 0x1F));
    bytearr[count++] = (byte) (0x80 | ((c >> 0) & 0x3F));
  }
}
out.write(bytearr, 0, utflen+2);
return utflen + 2; // 返回 bytearr 数组大小

源码基于JDK1.8,上面只贴出主要源码,详细源码自行查看 DataOutputStream 类。

(二)、DataInputStream 的 String readUTF()

上面知道了写入的规则,DataInputStream 的 String readUTF() 读取的规则与写入的规则相反。

①、定义 utflen 变量读取输入流中UTF-8数据的长度: int utflen = in.readUnsignedShort();

②、创建字符数组 bytearr 和 字节数组 chararr

byte[] bytearr = null;
char[] chararr = null;

③、判断该数据输入流是否是 DataInputStream ,若是,则:

  • 设置字节数组bytearr = "数据输入流"的成员bytearr
  • 设置字符数组chararr = "数据输入流"的成员chararr

否则,新建数组 bytearr 和 chararr。

if (in instanceof DataInputStream) {
  DataInputStream dis = (DataInputStream)in;
  if (dis.bytearr.length < utflen){
    dis.bytearr = new byte[utflen*2];
    dis.chararr = new char[utflen*2];
  }
  chararr = dis.chararr;
  bytearr = dis.bytearr;
} else {
  bytearr = new byte[utflen];
  chararr = new char[utflen];
}

④、将UTF-8数据全部读取到字节数组 bytearr 中通过 readFully() 方法: in.readFully(bytearr, 0, utflen);

⑤、对UTF-8中单字节数据进行预处理,UTF-8的数据是变长的,可以是1-4个字节;在readUTF()中,我们最终是将全部的UTF-8数据保存到字符数组(而不是字节数组)中,再将其转换为String字符串。
由于UTF-8的单字节和ASCII相同,所以这里就将它们进行预处理,直接保存到字符数组 chararr 中。对于其它的UTF-8数据,则在后面进行处理。

while (count < utflen) {
  c = (int) bytearr[count] & 0xff; // 将每字节转成 int 值
  if (c > 127) break; // UTF-8单子节数据不会超过127,超过则退出
  count++;
  chararr[chararr_count++]=(char)c;// 将int转成char存入字符数组
}

⑥、对预处理后的数据进行再处理

while (count < utflen) {
  c = (int) bytearr[count] & 0xff; // 将字节有 byte 转成 int
  switch (c >> 4) { // 将 int 类型左移 4 位
    case 0: case 1: case 2: case 3: case 4: case 5: case 6: case 7:
      /* 若UTF-8是单字节数据,则 bytearr[count] 的格式:0xxxxxxx,对应 int 类型的字符 c 取值范围:0-7 */
      count++;
      chararr[chararr_count++]=(char)c;
      break;
    case 12: case 13:
      /* 若UTF-8是两字节数据,则 bytearr [count]的格式:110x xxxx 10xx xxxx,对应 int 类型的字符 c 的取值范围:12-13*/
      count += 2;
      if (count > utflen)
        throw new UTFDataFormatException("malformed input: partial character at end");
      char2 = (int) bytearr[count-1];
      if ((char2 & 0xC0) != 0x80)
        throw new UTFDataFormatException("malformed input around byte " + count);
      chararr[chararr_count++]=(char)(((c & 0x1F) << 6) |(char2 & 0x3F));
      break;
    case 14:
      /* 若UTF-8是三字节数据,则 bytearr[count] 的格式:1110 xxxx 10xx xxxx 10xx xxxx,对应 int 类型的字符 c 的取值范围是:14 */
      count += 3;
      if (count > utflen)
        throw new UTFDataFormatException("malformed input: partial character at end");
      char2 = (int) bytearr[count-2];
      char3 = (int) bytearr[count-1];
      if (((char2 & 0xC0) != 0x80) || ((char3 & 0xC0) != 0x80))
        throw new UTFDataFormatException("malformed input around byte " + (count-1));
      chararr[chararr_count++]=(char)(((c & 0x0F) << 12) | ((char2 & 0x3F) << 6) | ((char3 & 0x3F) << 0));
  break;
    default:
      /* 若UTF-8是四字节的数据,则bytearr[count] 的格式:10xx xxxx,1111 xxxx,对应 int 类型的字符 c 的取值范围是:15 */
      throw new UTFDataFormatException("malformed input around byte " + count);
  }
}

⑦、将字符数组 chararr 转成 String类型返回: return new String(chararr, 0, chararr_count);

五、实例

public static void main(String[] args) {
  write();
  read();
} /**
* DataInputStream 测试
*/
public static void read() {
  DataInputStream in = null;
  try {
    in = new DataInputStream(new FileInputStream("data.txt"));
    System.out.println("readUTF : " + in.readUTF());
    System.out.println("read : " + (char)in.read());
    System.out.println("readBoolean : " + in.readBoolean());
    System.out.println("readDouble : " + in.readDouble());
    System.out.println("readFloat : " + in.readFloat());
    System.out.println("readByte : " + in.readByte());
    System.out.println("readChar : " + in.readChar());
    System.out.println("readLong : " + in.readLong());
    System.out.println("readLong : " + in.readLong());
  }catch(Exception e) {
    e.printStackTrace();
  }finally {
    try {
      if (in != null)
        in.close();
    }catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
} /**
* DataOutputStream 测试
*/
public static void write() {
  DataOutputStream out = null;
  try {
    out = new DataOutputStream(new FileOutputStream("data.txt"));
    out.writeUTF("Java IO 入门");
    out.write('A');
    out.writeBoolean(true);
    out.writeDouble(3.14D);
    out.writeFloat(0.69F);
    out.write("abcdefg".getBytes());
    out.writeByte(99);
    out.writeChars("Hello World");
    out.writeLong(46L);
    out.writeBytes("data input stream");
  }catch(Exception e) {
    e.printStackTrace();
  }finally {
    try {
      if (out != null)
        out.close();
    }catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}

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