理解Java之IO流

流是一种抽象概念，它代表了数据的无结构化传递。用来进行输入输出操作的流就称为IO流。

一、IO流结构

1、流的分类方式

按流向分：

从文件/网络/内存等(数据源)到程序是输入流；从程序到文件/网络/内存等(数据源)是输出流

按数据处理单位分：

以字节为单位传输数据的流，以Stream结尾的是字节流；以字符为单位传输数据的流，以Reader结尾的是输入字符流，以Writer结尾的都是输出字符流。

按功能(层次)分：

用于直接操作目标设备的流是节点流；处理流(也叫过滤流)是对一个已存在的流的连接和封装，通过对数据的处理为程序提供更为强大、灵活的读写功能。

2、IO流的结构

如下图所示：

注意：

所有的字节输入流类都是InputStream的子类；所有的字节符输入流类都是Reader的子类；所有的字节节输出流类都是OutputStream的子类；所有的字节符输出流类都是Writer的子类，且他们都为抽象类。

3、IO流四大抽象类

InputStream的基本方法：

 public abstract int read() throws IOException {}//从输入流中读取数据的下一个字节, 返回读到的字节值.若遇到流的末尾,返回-1
 public int read(byte[] b) throws IOException {}//从输入流中读取 b.length 个字节的数据并存储到缓冲区数组b中.返回的是实际读到的字节总数
 public int read(byte[] b, int off, int len) throws IOException {}//读取 len 个字节的数据,并从数组b的off位置开始写入到这个数组中
 public void close() throws IOException {}//关闭此输入流并释放与此流关联的所有系统资源
 public int available() throws IOException {}//返回此输入流下一个方法调用可以不受阻塞地从此输入流读取（或跳过）的估计字节数
 public long skip(long n) throws IOException {}//跳过和丢弃此输入流中数据的 n 个字节，返回实现路过的字节数。

OutputStream的基本方法：

public abstract void write(int b) throws IOException {}//将指定的字节写入此输出流。
public void write(byte[] b) throws IOException {}// 将 b.length 个字节从指定的 byte 数组写入此输出流。
public void write(byte[] b, int off, int len) throws IOException {}//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。
pulbic void close() throws IOException {}//关闭此输出流并释放与此流有关的所有系统资源。

Reader的基本方法：

public int read() throws IOException {}//读取单个字符，返回作为整数读取的字符，如果已到达流的末尾返回-1
public int read(char[] cbuf) throws IOException {}//将字符读入数组，返回读取的字符数
public abstract int read(char[] cbuf, int off, int len) throws IOException {}//读取 len 个字符的数据，并从数组cbuf的off位置开始写入到这个数组中
public abstract void close() throws IOException {}//关闭该流并释放与之关联的所有资源
public long skip(long n) throws IOException {}//跳过n个字符。
public int available()  //还可以有多少能读到的字节数

Writer的基本方法：

public void write(int c) throws IOException {} //写入单个字符
public void write(char[] cbuf) throws IOException {} //写入字符数组
public abstract void write(char[] cbuf, int off, int len) throws IOException {} //写入字符数组的某一部分
public void write(String str) throws IOException {} //写入字符串
public void write(String str, int off, int len) throws IOException {}//写字符串的某一部分
public abstract void close() throws IOException {}  //关闭此流，但要先刷新它
public abstract void flush() throws IOException {}  //刷新该流的缓冲，将缓冲的数据全写到目的地

二、IO流的具体使用

1、FileInputStream 和 FileOutputStream

public static void fileInputStreamTest() {
	File f1 = new File("D:\\in.txt");
	File f2 = new File("D:\\out.txt");
	try {
		FileInputStream fi = new FileInputStream(f1);
		FileOutputStream fo = new FileOutputStream(f2);
		byte[] buf = new byte[521];
        int len = 0;
        while((len = fi.read(buf)) != -1){
            fo.write(buf, 0, len);
        }
        fo.flush();
        fo.close();
        fi.close();
	} catch (Exception e) {
		e.printStackTrace();
	}
}

2、PipedOutputStream和PipedintputStream

Java里的管道输入流PipedInputStream与管道输出流PipedOutputStream实现了类似管道的功能，用于不同线程之间的相互通信。

Java的管道输入与输出实际上使用的是一个循环缓冲数组来实现，这个数组默认大小为1024字节。输入流PipedInputStream从这个循环缓冲数组中读数据，输出流PipedOutputStream往这个循环缓冲数组中写入数据。当这个缓冲数组已满的时候，输出流PipedOutputStream所在的线程将阻塞；当这个缓冲数组首次为空的时候，输入流PipedInputStream所在的线程将阻塞。Java在它的jdk文档中提到不要在一个线程中同时使用PipeInpuStream和PipeOutputStream，这会造成死锁。

public class WriteThread implements Runnable{
    private PipedOutputStream pout;  

    WriteThread(PipedOutputStream pout){
      this.pout=  pout;
    }  

    @Override
    public void run() {
        try {
            System.out.println("W:开始将数据写入:但等个5秒让我们观察...");
            Thread.sleep(5000);  //释放cpu执行权5秒
            pout.write("writePiped 数据...".getBytes());  //管道输出流
            pout.close();
          } catch(Exception e) {
            throw new RuntimeException("W:WriteThread写入失败...");
          }
    }
}

public class ReadThread implements Runnable{
    private PipedInputStream pin;  

    ReadThread(PipedInputStream pin) {
      this.pin=pin;
    }  

    @Override
    public void run() {  //由于必须要覆盖run方法,所以这里不能抛,只能try
      try {
            System.out.println("R:读取前没有数据,阻塞中...等待数据传过来再输出到控制台...");
            byte[] buf = new byte[1024];
            int len = pin.read(buf);  //read阻塞
            System.out.println("R:读取数据成功,阻塞解除...");
            String s= new String(buf,0,len);
            System.out.println(s);  //将读取的数据流用字符串以字符串打印出来
            pin.close();
      }  catch(Exception e)  {
            throw new RuntimeException("R:管道读取流失败!");
      }
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
          PipedInputStream pin = new PipedInputStream();
          PipedOutputStream pout = new PipedOutputStream();
          pin.connect(pout);  //输入流与输出流连接  

          ReadThread readTh   = new ReadThread(pin);
          WriteThread writeTh = new WriteThread(pout);
          new Thread(readTh).start();
          new Thread(writeTh).start();
    }
}

3、BufferedInputStream和BufferedOutputStream

FileInputStream和FileOutputStream 在使用时，我们介绍了可以用byte数组作为数据读入的缓存区，以读文件为列，读取硬盘的速度远远低于读取内存的数据，为了减少对硬盘的读取，通常从文件中一次读取一定长度的数据，把数据存入缓存中，在写入的时候也是一次写入一定长度的数据，这样可以增加文件的读取效率。我们在使用FileInputStream的时候是用byte数组来做了缓存，而BufferedInputStream and BufferedOutputStream已经为我们增加了这个缓存功能。

public static void fileBufferTest() {
	File f1 = new File("D:\\in.txt");
	File f2 = new File("D:\\out.txt");
	try {
        BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(new FileInputStream(f1));
        BufferedOutputStream bufferedOutputStream = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(f2));
        byte[] data = new byte[1];
        while(bufferedInputStream.read(data)!=-1) {
            bufferedOutputStream.write(data);
        }
        //将缓冲区中的数据全部写出
        bufferedOutputStream.flush();
        bufferedInputStream.close();
        bufferedOutputStream.close();
	} catch (Exception e) {
		e.printStackTrace();
	}
}

4、读写对象ObjectInputStream和ObjectOutputStream

public class ObjectStream {
    public static void main(String[] args) {
        ObjectStream.objectStreamTest();
    }

    public static void objectStreamTest() {
        Demo newObject;
        try {
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(new File("D:/123.obj")));
            oos.writeObject(new Demo());
            oos.flush();
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(new File("D:/123.obj")));
            newObject = (Demo)ois.readObject();
            System.out.println(newObject.num);
            ois.close();
            oos.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class Demo implements Serializable{
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    int num = 30;
}

5、SequenceInputStream

合并流，将与之相连接的流集组合成一个输入流并从第一个输入流开始读取， 直到到达文件末尾，接着从第二个输入流读取，依次类推，直到到达包含的最后一个输入流的文件末尾为止。 合并流的作用是将多个源合并合一个源。可接收枚举类所封闭的多个字节流对象。

public class Test {
      public static void main(String[] args) {
             doSequence();
      }  

      private static void doSequence() {
         SequenceInputStream sis = null;  // 创建一个合并流的对象
         BufferedOutputStream bos = null;   // 创建输出流。
         try {
            // 构建流集合
            Vector<InputStream> vector = new Vector<InputStream>();
            vector.addElement(new FileInputStream("D:/in.txt"));
            vector.addElement(new FileInputStream("D:/out.txt"));
            Enumeration<InputStream> e = vector.elements();
            sis = new SequenceInputStream(e);
            bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("/Users/zhengchao/cctv/File_OUT.txt"));
            // 读写数据
            byte[] buf = new byte[1024];
            int len = 0;
            while ((len = sis.read(buf)) != -1) {
               bos.write(buf, 0, len);
               bos.flush();
            }
         } catch (Exception e1) {
            e1.printStackTrace();
         } finally {
            try {
               if (sis != null)
                  sis.close();
            } catch (IOException e) {
               e.printStackTrace();
            }
            try {
               if (bos != null)
                  bos.close();
            } catch (IOException e) {
               e.printStackTrace();
            }
         }
      }
}

6、FileReader与FileWriter

public static void fileReaderTest() {
	File f1 = new File("D:\\in.txt");
	File f2 = new File("D:\\out.txt");
	try {
		FileReader fr = new FileReader(f1);
		FileWriter fw = new FileWriter(f2);
		char[] ch = new char[512];
        int len = 0;
        while((len = fr.read(ch)) != -1){
        	fw.write(ch, 0, ch.length);
        }
        fw.flush();
        fw.close();
        fr.close();
	} catch (Exception e) {
		e.printStackTrace();
	}
}

7、BufferedReader和BufferedWriter

public static void fileBufferReaderWriteTest() {
	File f1 = new File("D:\\in.txt");
	File f2 = new File("D:\\out.txt");
	try {
        BufferedReader br=new BufferedReader(new FileReader(f1));
        BufferedWriter bw=new BufferedWriter(new FileWriter(f2));

        String s=br.readLine();
        while(null!=s) {
            bw.write(s);
            //由于BufferedReader的readLine()是不读入换行符的，所以写入换行时须用newLine()方法
            bw.newLine();
            s=br.readLine();
        }
        br.close();
        bw.close();
	} catch (Exception e) {
		e.printStackTrace();
	}
}

注：在使用过程中应注意将编码格式设置为UTF-8，否则文件写入会乱码。

以上只是IO流的部分类，用于对IO流相关知识进行查阅，后面再实际的工作中也会根据实际需求不断添加。

参考自：

https://blog.csdn.net/zhengchao1991/article/details/53033137

https://blog.csdn.net/SilenceOO/article/details/50995062

https://blog.csdn.net/Yue_Chen/article/details/72772445