JAVA基础知识之IO——Java IO体系及常用类

Java IO体系

个人觉得可以用“字节流操作类和字符流操作类组成了Java IO体系”来高度概括Java IO体系。

借用几张网络图片来说明(图片来自 http://blog.csdn.net/zhangerqing/article/details/8466532 )

•  基于字节的IO操作

• 基于字符的IO操作

从上图可以看到，整个Java IO体系都是基于字符流(InputStream/OutputStream) 和 字节流(Reader/Writer)作为基类，根据不同的数据载体或功能派生出来的。

IO常用类

• 文件流：FileInputStream/FileOutputStream， FileReader/FileWriter

这四个类是专门操作文件流的，用法高度相似，区别在于前面两个是操作字节流，后面两个是操作字符流。它们都会直接操作文件流，直接与OS底层交互。因此他们也被称为节点流。

注意使用这几个流的对象之后，需要关闭流对象，因为java垃圾回收器不会主动回收。不过在Java7之后，可以在 try() 括号中打开流，最后程序会自动关闭流对象，不再需要显示地close。

下面演示这四个流对象的基本用法，

 package io;

 import java.io.FileInputStream;
 import java.io.FileNotFoundException;
 import java.io.FileOutputStream;
 import java.io.FileReader;
 import java.io.FileWriter;
 import java.io.IOException;

 public class TestIO {
     public static void FileInputStreamTest() throws IOException {
         FileInputStream fis = new FileInputStream("tmp2.txt");
         byte[] buf = new byte[1024];
         int hasRead = 0;

         //read()返回的是单个字节数据（字节数据可以直接专程int类型)，但是read(buf)返回的是读取到的字节数，真正的数据保存在buf中
         while ((hasRead = fis.read(buf)) > 0) {
             //每次最多将1024个字节转换成字符串，这里tmp2.txt中的字符小于1024，所以一次就读完了
             //循环次数 = 文件字符数 除以 buf长度
             System.out.println(new String(buf, 0 ,hasRead));
             /*
              * 将字节强制转换成字符后逐个输出，能实现和上面一样的效果。但是如果源文件是中文的话可能会乱码

             for (byte b : buf)    {
                 char ch = (char)b;
                 if (ch != '\r')
                 System.out.print(ch);
             }
             */
         }
         //在finally块里close更安全
         fis.close();
     }

     public static void FileReaderTest() throws IOException {

         try (
                 // 在try() 中打开的文件， JVM会自动关闭
                 FileReader fr = new FileReader("tmp2.txt")) {
             char[] buf = new char[32];
             int hasRead = 0;
             // 每个char都占两个字节，每个字符或者汉字都是占2个字节，因此无论buf长度为多少，总是能读取中文字符长度的整数倍,不会乱码
             while ((hasRead = fr.read(buf)) > 0) {
                 // 如果buf的长度大于文件每行的长度，就可以完整输出每行，否则会断行。
                 // 循环次数 = 文件字符数 除以 buf长度
                 System.out.println(new String(buf, 0, hasRead));
                 // 跟上面效果一样
                 // System.out.println(buf);
             }
         } catch (IOException ex) {
             ex.printStackTrace();
         }
     }

     public static void FileOutputStreamTest() throws FileNotFoundException, IOException {
         try (
                 //在try()中打开文件会在结尾自动关闭
                 FileInputStream fis = new FileInputStream("tmp2.txt");
                 FileOutputStream fos = new FileOutputStream("tmp3.txt");
                 ) {
             byte[] buf = new byte[4];
             int hasRead = 0;
             while ((hasRead = fis.read(buf)) > 0) {
                 //每读取一次就写一次，读多少就写多少
                 fos.write(buf, 0, hasRead);
             }
             System.out.println("write success");
         } catch (IOException e) {
             e.printStackTrace();
         }
     }

     public static void FileWriterTest() throws IOException {
         try (FileWriter fw = new FileWriter("tmp4.txt")) {
             fw.write("天王盖地虎\r\n");
             fw.write("宝塔镇河妖\r\n");
         } catch (IOException e) {
             e.printStackTrace();
         }
     }
     public static void main(String[] args) throws IOException {
         //FileInputStreamTest();
         //FileReaderTest();
         //FileOutputStreamTest();
         FileWriterTest();
     }
 }

• 包装流：PrintStream/PrintWriter/Scanner

PrintStream可以封装（包装）直接与文件交互的节点流对象OutputStream, 使得编程人员可以忽略设备底层的差异，进行一致的IO操作。因此这种流也称为处理流或者包装流。

PrintWriter除了可以包装字节流OutputStream之外，还能包装字符流Writer

Scanner可以包装键盘输入，方便地将键盘输入的内容转换成我们想要的数据类型。

• 字符串流：StringReader/StringWriter

这两个操作的是专门操作String字符串的流，其中StringReader能从String中方便地读取数据并保存到char数组，而StringWriter则将字符串类型的数据写入到StringBuffer中（因为String不可写）。

• 转换流：InputStreamReader/OutputStreamReader

这两个类可以将字节流转换成字符流，被称为字节流与字符流之间的桥梁。我们经常在读取键盘输入(System.in)或网络通信的时候，需要使用这两个类

• 缓冲流：BufferedReader/BufferedWriter ， BufferedInputStream/BufferedOutputStream

Oracle官方的描述：

Most of the examples we've seen so far use unbuffered I/O. This means each read or write request is handled directly by the underlying OS. This can make a program much less efficient.

Buffered input streams read data from a memory area known as a buffer; the native input API is called only when the buffer is empty. Similarly, buffered output streams write data to a buffer, and the native output API is called only when the buffer is full.

即，

没有经过Buffered处理的IO， 意味着每一次读和写的请求都会由OS底层直接处理，这会导致非常低效的问题。

经过Buffered处理过的输入流将会从一个buffer内存区域读取数据，本地API只会在buffer空了之后才会被调用（可能一次调用会填充很多数据进buffer）。

经过Buffered处理过的输出流将会把数据写入到buffer中，本地API只会在buffer满了之后才会被调用。

BufferedReader/BufferedWriter可以将字符流(Reader)包装成缓冲流，这是最常见用的做法。

另外，BufferedReader提供一个readLine()可以方便地读取一行，而FileInputStream和FileReader只能读取一个字节或者一个字符，

因此BufferedReader也被称为行读取器

下面演示上面提到的常见类，

 package io;

 import java.io.BufferedReader;
 import java.io.FileInputStream;
 import java.io.FileNotFoundException;
 import java.io.FileOutputStream;
 import java.io.FileReader;
 import java.io.IOException;
 import java.io.InputStreamReader;
 import java.io.PrintStream;
 import java.io.PushbackReader;
 import java.io.StringReader;
 import java.io.StringWriter;

 public class TestIO {
     public static void printStream() throws FileNotFoundException, IOException {
         try (
                 FileOutputStream fos = new FileOutputStream("tmp.txt");
                 PrintStream ps = new PrintStream(fos)) {
             ps.println("普通字符串\n");
             //输出对象
             ps.println(new TestIO());
         } catch (IOException e) {
             e.printStackTrace();
         }
         System.out.println("输出完成");

     }
     public static void stringNode() throws IOException {
         String str = "天王盖地虎\n"
                 + "宝塔镇河妖\n";
         char[] buf = new char[32];
         int hasRead = 0;
         //StringReader将以String字符串为节点读取数据
         try (StringReader sr = new StringReader(str)) {
             while ((hasRead = sr.read(buf)) > 0) {
                 System.out.print(new String(buf, 0, hasRead));
             }
         } catch (IOException e) {
             e.printStackTrace();
         }

         //由于String是一个不可变类，因此创建StringWriter时，实际上是以一个StringBuffer作为输出节点
         try (StringWriter sw = new StringWriter()) {
             sw.write("黑夜给了我黑色的眼睛\n");
             sw.write("我却用它寻找光明\n");
             //toString()返回sw节点内的数据
             System.out.println(sw.toString());
         } catch (IOException e) {
             e.printStackTrace();
         }
     }

     public static void keyIn() throws IOException {
         try (
                 //InputStreamReader是从byte转成char的桥梁
                 InputStreamReader reader = new InputStreamReader(System.in);
                 //BufferedReader(Reader in)是char类型输入的包装类
                 BufferedReader br = new BufferedReader(reader);
                 ) {
             String line = null;
             while ((line = br.readLine()) != null) {
                 if (line.equals("exit")) {
                     //System.exit(1);
                     break;
                 }
                 System.out.println(line);
             }
         } catch (IOException e) {
             e.printStackTrace();
         }
     }

     public static void pushback() throws FileNotFoundException, IOException {
         try (PushbackReader pr = new PushbackReader(new FileReader("C:/PROJECT/JavaBasic/PROJECT_JavaBasic/src/io/TestIO.java"),64)) {
             char[] buf = new char[32];
             String lastContent = "";
             int hasRead = 0;
             while ((hasRead = pr.read(buf)) > 0) {
                 String content = new String(buf, 0, hasRead);
                 int targetIndex = 0;
                 if ((targetIndex = (lastContent + content).indexOf("targetIndex = (lastContent + content)")) > 0) {
                     pr.unread((lastContent + content).toCharArray());
                     if (targetIndex > 32) {
                         buf = new char[targetIndex];
                     }
                     pr.read(buf , 0 , targetIndex);
                     System.out.println(new String(buf, 0 , targetIndex));
                     System.exit(0);
                 } else {
                     System.out.println(lastContent);
                     lastContent = content;
                 }
             }
         } catch (IOException e) {
             e.printStackTrace();
         }
     }

     public static void main(String[] args) throws IOException {
         printStream();
         //stringNode();
         //keyIn();
         //pushback();
     }
 }

总结上面几种流的应用场景：

• FileInputStream/FileOutputStream  需要逐个字节处理原始二进制流的时候使用，效率低下
• FileReader/FileWriter 需要组个字符处理的时候使用
• StringReader/StringWriter 需要处理字符串的时候，可以将字符串保存为字符数组
• PrintStream/PrintWriter 用来包装FileOutputStream 对象，方便直接将String字符串写入文件
• Scanner　用来包装System.in流，很方便地将输入的String字符串转换成需要的数据类型
• InputStreamReader/OutputStreamReader ,  字节和字符的转换桥梁，在网络通信或者处理键盘输入的时候用
• BufferedReader/BufferedWriter ， BufferedInputStream/BufferedOutputStream ， 缓冲流用来包装字节流后者字符流，提升IO性能，BufferedReader还可以方便地读取一行，简化编程。