深入理解Java流机制（一）

一、前言

　　C语言本身没有输入输出语句，而是调用"stdio.h"库中的输入输出函数来实现。同样，C++语言本身也没有输入输出，不过有别于C语言，C++有一个面向对象的I/O流类库"iostream"。在C++中，我们将数据从一个对象到另一个对象的流动抽象为"流"。Java继承C++的流机制，不过在具体实现上有别。从Java 1.0开始，引入java.io包；到Java 1.4再扩展了java.nio包；再到java 1.7又添加了新的流类，使得Java的流机制变得十分强大。当然，流机制的强大就会带来学习上的难度，本文将对Java流机制的核心问题加以阐释，后面的文章将对问题进一步深入分析。

二、"流"概念分析

　　谈"流"概念之前，扪心自问一下，真正理解Java对象了么？和"对象"概念类似，Java中的"流"也是一个十分抽象的概念，初学者接触时会感到茫然。

　　James Gosling所著《Java程序设计》中描述Java I/O流模式图如下。Program是中间环节，用于对Source进行处理，然后输出到Dest处。

　　在前言中已经给出了一个关于"流"的定义，虽然说的是C++，不过Java同样适用。也就是说Java中的"流"就是指把数据从一个对象移动到另一个对象的流动模式的抽象。是不是很玄乎？专业术语就是拿来装逼的ヽ(●´ε｀●)ノ。其实Java的流模式用水流或者电流模型来解释是很容易理解的。 　　James Gosling的Java流模式图与水流模式图概念映射。数据源（data source）即水库，数据目的地(data destination)就是脸盆，数据（data）就是水，流（stream）实例化就是在管子中流动的水流。输入流（input stream）就是用水泵从水库中抽出来要到水管中的水，输出流（output stream）经过水龙头将要达到脸盆中的水，计算机内存（memory）就是上图中的水流管道，关闭输入流（close input stream）就是关闭水泵开关，关闭输出流（close output stream）就是关闭关闭水龙头开关。

　　更进一步说，具体的水库和脸盆分别对应于Java中输入流对象和输出流对象。水流可以分成一粒一粒的水分子，这些水分子映射成计算机二进制位（bit）0/1，其组成的水滴映射成计算机字节流（字节是计算机储存信息的基本单位）。字节流和字符流在物理层面的实现都是比特流，二进制数据流可以认为是字节流，而字符流是遵循unicode编码规则的字节流。因此计算机中的"流"概念实际上就是指字节数据（bytes data）从源对象对按顺序流向目标对象的一种流动形式。

三、流的分类

　　3.1）按照流的方向来分，流可以分为：输入流、输出流。

　　判断当前流是输入流还是输出流的依据是二进制数据相对于计算机内存的位置，输入流是输入计算机内存是二进制数据，输出流是从计算机内存输出的二进制数据。而计算机程序在运行期间会储存在到计算机内存中，因此总的来说就是数据的来源、取向是相对程序而言的。比如键盘键入数据属于输入流，内存数据持久化到磁盘中属于输出流。

　

　　说明：本图片取自互联网，纠正补充为流的来源有网络连接、内存块、磁盘（文件）、键盘等；流的去向也基本是这些。

　　3.2）按照流的功能来分，流可以分为：节点流（又称低级流）、过滤流（又称高级流、处理流、包装流）。

　　节点流(Node Stream)是流管道两端直接连接data source和data destination上的，即为取放数据的真实载体，在流通道本身不对数据做任何加工，因而也被称为低级流。

　　过滤流(Filter Stream)是套在节点流或过滤上的，而且过滤流是不能够脱离节点流（低级流）存在的，因此称为高级流。过滤流的流管道本身封装方法，能够对低级流数据进行处理，因此也被称为处理流。究其本质，过滤流就是把不符合通过管道条件的数据过滤掉，而让满足条件的数据通过过滤流管道。

　　3.3）按照流处理数据的单位来分，流可以分为：字节流、字符流。

　　从物理层面来看，流中数据都是二进制比特流。而计算机中储存信息的基本单位是字节（Byte）。因此，可以认为计算机中信息传输在底层是靠字节流来实现的。字符流只是通过不同的字符编码方式，对字节流的封装，即字符流的实现还是得依靠字节流。

　　综上观点，总结字节流与字符流如下所示：

　　a）字节流默认是不带缓冲区的，而字符流默认是带缓冲区的。

　  b）字节流是底层数据流，是数据有意义的最小单位。字符流是字节流的包装，底层实现是字节流。

　　c）基于b点，文本文件可以用字节流来实现，当然使用字符流速度会更快。

　　

四、续言

　　Java流模式中的继承层次比较复杂，作者将在《深入理解Java流机制（二）》一文中详细阐述。

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