Java-IO流-阿里云开发者社区

Java-IO流

JDK提供了一套用于IO操作的框架，为了方便我们开发者使用，就定义了一个像水流一样，根据流的传输方向和读取单位，分为字节流InputStream和OutputStream以及字符流Reader和Writer的IO框架

这里的流指的是数据流，通过流，我们就可以一直从流中读取数据，直到读取到尽头，或是不断向其中写入数据，直到我们写入完成

文件字节流

FileInputStream通过它来获取文件的输入流：

public static void main(String[] args) {
    FileInputStream inputStream = null;    //定义可以先放在try外部
    try {
        inputStream = new FileInputStream("路径");
    } catch (FileNotFoundException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        try {    //建议在finally中进行，因为关闭流是任何情况都必须要执行的！
            if(inputStream != null) inputStream.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在使用完成一个流之后，必须关闭这个流来完成对资源的释放，否则资源会被一直占用

JDK1.7新增了try-with-resource语法，用于简化资源释放的写法：

public static void main(String[] args) {
    //注意，这种语法只支持实现了AutoCloseable接口的类！
    try(FileInputStream inputStream = new FileInputStream("路径")) {   //直接在try()中定义要在完成之后释放的资源
    } catch (IOException e) {   //这里变成IOException是因为调用close()可能会出现，而FileNotFoundException是继承自IOException的
        e.printStackTrace();
    }
    //无需再编写finally语句块，因为在最后自动帮我们调用了close()
}

使用read方法读取文件内容：

public static void main(String[] args) {
    //test.txt：abcd
    try(FileInputStream inputStream = new FileInputStream("test.txt")) {
        int tmp;
        while ((tmp = inputStream.read()) != -1){   //通过while循环来一次性读完内容
            System.out.println((char)tmp);
        }
    }catch (IOException e){
        e.printStackTrace();
    }
}

使用available方法能查看当前可读的剩余字节数量

一个一个读取效率太低了，可以预置一个合适容量的byte[]数组来存放

public static void main(String[] args) {
    //test.txt：abcd
    try(FileInputStream inputStream = new FileInputStream("test.txt")) {
        byte[] bytes = new byte[inputStream.available()];   //我们可以提前准备好合适容量的byte数组来存放
        System.out.println(inputStream.read(bytes));   //一次性读取全部内容（返回值是读取的字节数）
        System.out.println(new String(bytes));   //通过String(byte[])构造方法得到字符串
    }catch (IOException e){
        e.printStackTrace();
    }
}

控制要读取数量：

System.out.println(inputStream.read(bytes, 1, 2));   //第二个参数是从给定数组的哪个位置开始放入内容，第三个参数是读取流中的字节数

一次性读取同单个读取一样，当没有任何数据可读时，依然会返回-1

通过skip()方法可以跳过指定数量的字节

FileInputStream是不支持reset()的，虽然有这个方法

write()操作向文件里写入内容：

public static void main(String[] args) {
    try(FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream("output.txt", true)) {  //true表示开启追加模式
        outputStream.write("lb".getBytes());   //现在只会进行追加写入，而不是直接替换原文件内容
        outputStream.flush();
    }catch (IOException e){
        e.printStackTrace();
    }
}

文件拷贝：

public static void main(String[] args) {
    try(FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream("output.txt");
        FileInputStream inputStream = new FileInputStream("test.txt")) {   //可以写入多个
        byte[] bytes = new byte[10];    //使用长度为10的byte[]做传输媒介
        int tmp;   //存储本地读取字节数
        while ((tmp = inputStream.read(bytes)) != -1){   //直到读取完成为止
            outputStream.write(bytes, 0, tmp);    //写入对应长度的数据到输出流
        }
    }catch (IOException e){
        e.printStackTrace();
    }
}

文件字符流

字符流不同于字节，字符流是以一个具体的字符进行读取，因此它只适合读纯文本的文件，如果是其他类型的文件不适用：

public static void main(String[] args) {
    try(FileReader reader = new FileReader("test.txt")){
        char[] str = new char[10];
        reader.skip(1);   //现在跳过的是一个字符
        reader.read(str);
        System.out.println(str);   //直接读取到char[]中
    }catch (IOException e){
        e.printStackTrace();
    }
}

Writer：

public static void main(String[] args) {
    try(FileWriter writer = new FileWriter("output.txt")){
        writer.getEncoding();   //支持获取编码（不同的文本文件可能会有不同的编码类型）
       writer.write('牛');
       writer.append('牛');   //其实功能和write一样
        writer.flush();   //刷新
    }catch (IOException e){
        e.printStackTrace();
    }
}

append支持像StringBuilder那样的链式调用，返回的是Writer对象本身。

File类

File类是专门用于表示一个文件或文件夹，只不过它只是代表这个文件，但并不是这个文件本身。

通过File对象，可以更好地管理和操作硬盘上的文件。

public static void main(String[] args) {
    File file = new File("test.txt");   //直接创建文件对象，可以是相对路径，也可以是绝对路径
    System.out.println(file.exists());   //此文件是否存在
    System.out.println(file.length());   //获取文件的大小
    System.out.println(file.isDirectory());   //是否为一个文件夹
    System.out.println(file.canRead());   //是否可读
    System.out.println(file.canWrite());   //是否可写
    System.out.println(file.canExecute());   //是否可执行
    File file = new File("/");
System.out.println(Arrays.toString(file.list()));   //快速获取文件夹下的文件名称列表
    System.out.println(f.getAbsolutePath());   //获取文件的绝对路径
}

直接将File作为参数传入字节流或是字符流，读取某个文件的内容：

File file = new File("test.txt");
try (FileInputStream inputStream = new FileInputStream(file)){   //直接做参数
    System.out.println(inputStream.available());
}catch (IOException e){
    e.printStackTrace();
}

缓冲流

普通的文件流读取文件数据非常便捷，但是每次都需要从外部I/O设备去获取数据，由于外部I/O设备的速度一般都达不到内存的读取速度，很有可能造成程序反应迟钝，因此性能还不够高。

缓冲流能够提供一个缓冲，提前将部分内容存入内存（缓冲区）在下次读取时，如果缓冲区中存在此数据，则无需再去请求外部设备。当向外部设备写入数据时，也是由缓冲区处理，而不是直接向外部设备写入。

创建一个缓冲字节流：

public static void main(String[] args) {
    try (BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(new FileInputStream("test.txt"))){   //传入FileInputStream
        System.out.println((char) bufferedInputStream.read());   //操作和原来的流是一样的
    }catch (IOException e){
        e.printStackTrace();
    }
}

实际上进行I/O操作的并不是BufferedInputStream，而是我们传入的FileInputStream，而BufferedInputStream虽然有着同样的方法，但是进行了一些额外的处理然后再调用FileInputStream的同名方法，这样的写法称为装饰者模式

close方法源码：

public void close() throws IOException {
    byte[] buffer;
    while ( (buffer = buf) != null) {
        if (bufUpdater.compareAndSet(this, buffer, null)) {  //CAS无锁算法，并发会用到，暂时不需要了解
            InputStream input = in;
            in = null;
            if (input != null)
                input.close();
            return;
        }
        // Else retry in case a new buf was CASed in fill()
    }
}

BufferedInputStream中还存在一个专门用于缓存的数组：

/**
 * The internal buffer array where the data is stored. When necessary,
 * it may be replaced by another array of
 * a different size.
 */
protected volatile byte buf[];

缓冲流提供了缓冲机制，一部分内容可以被暂时保存，BufferedInputStream支持reset()和mark()操作

当调用mark()之后，输入流会以某种方式保留之后读取的readlimit数量的内容，当读取的内容数量超过readlimit则之后的内容不会被保留，当调用reset()之后，会使得当前的读取位置回到mark()调用时的位置

其实mark()后保存的读取内容是取readlimit和BufferedInputStream类的缓冲区大小两者中的最大值

public static void main(String[] args) {
    try (BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(new FileInputStream("test.txt"))){
        bufferedInputStream.mark(1);   //只保留之后的1个字符
        System.out.println((char) bufferedInputStream.read());
        System.out.println((char) bufferedInputStream.read());
        bufferedInputStream.reset();   //回到mark时的位置
        System.out.println((char) bufferedInputStream.read());
        System.out.println((char) bufferedInputStream.read());
    }catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

BufferedReader构造时需要传入一个Reader对象：

public static void main(String[] args) {
    try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("test.txt"))){
        System.out.println((char) reader.read());
    }catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

BufferedReader内部也包含一个缓存数组：

private char cb[];

BufferedReader支持按行读取：

public static void main(String[] args) {
    try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("test.txt"))){
        System.out.println(reader.readLine());   //按行读取
    }catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

把每一行内容依次转换为集合类提到的Stream流：

public static void main(String[] args) {
    try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("test.txt"))){
        reader
                .lines()
                .limit(2)
                .distinct()
                .sorted()
                .forEach(System.out::println);
    }catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

BufferedWriter在处理纯文本文件方便：

public static void main(String[] args) {
    try (BufferedWriter reader = new BufferedWriter(new FileWriter("output.txt"))){
        reader.newLine();   //使用newLine进行换行
        reader.write("汉堡做滴彳亍不彳亍");   //可以直接写入一个字符串
        reader.flush();   //清空缓冲区
    }catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

转换流

读取的是一个字符串或是一个个字符，但是我只能往一个OutputStream里输出，但是OutputStream又只支持byte类型，如果要往里面写入内容，进行数据转换就会很麻烦，那么能否有更加简便的方式来做这样的事情呢

public static void main(String[] args) {
    try(OutputStreamWriter writer = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("test.txt"))){  //虽然给定的是FileOutputStream，但是现在支持以Writer的方式进行写入
        writer.write("lbwnb");   //以操作Writer的样子写入OutputStream
    }catch (IOException e){
        e.printStackTrace();
    }
}

只拿到了一个InputStream，但是我们希望能够按字符的方式读取，我们就可以使用InputStreamReader来帮助我们实现：

public static void main(String[] args) {
    try(InputStreamReader reader = new InputStreamReader(new FileInputStream("test.txt"))){  //虽然给定的是FileInputStream，但是现在支持以Reader的方式进行读取
        System.out.println((char) reader.read());
    }catch (IOException e){
        e.printStackTrace();
    }
}

打印流

System.out就是一个PrintStream，PrintStream也继承自FilterOutputStream类因此依然是装饰我们传入的输出流，但是它存在自动刷新机制。

PrintStream也永远不会抛出异常，而是使用内部检查机制checkError()方法进行错误检查。

它能够格式化任意的类型，将它们以字符串的形式写入到输出流。

System.out也是PrintStream，不过默认是向控制台打印，也可以让它向文件中打印：

public static void main(String[] args) {
    try(PrintStream stream = new PrintStream(new FileOutputStream("test.txt"))){
        stream.println("lbwnb");   //其实System.out就是一个PrintStream
    }catch (IOException e){
        e.printStackTrace();
    }
}

println方法就是PrintStream中的方法，它会直接打印基本数据类型或是调用对象的toString()方法得到一个字符串，并将字符串转换为字符，放入缓冲区再经过转换流输出到给定的输出流上。

Scanner使用的是系统提供的输入流，也可以使用Scanner来扫描其他的输入流：

public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {
    Scanner scanner = new Scanner(new FileInputStream("秘制小汉堡.txt"));  //将文件内容作为输入流进行扫描
}

数据流

数据流DataInputStream也是FilterInputStream的子类，同样采用装饰者模式，最大的不同是它支持基本数据类型的直接读取：

public static void main(String[] args) {
    try (DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(new FileInputStream("test.txt"))){
        System.out.println(dataInputStream.readBoolean());   //直接将数据读取为任意基本数据类型
    }catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

用于写入基本数据类型：

public static void main(String[] args) {
    try (DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(new FileOutputStream("output.txt"))){
        dataOutputStream.writeBoolean(false);
    }catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

写入的是二进制数据，并不是写入的字符串，使用DataInputStream可以读取，一般他们是配合一起使用的。

对象流

ObjectOutputStream不仅支持基本数据类型，通过对对象的序列化操作，以某种格式保存对象，来支持对象类型的IO，它不是继承自FilterInputStream的。

public static void main(String[] args) {
    try (ObjectOutputStream outputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("output.txt"));
         ObjectInputStream inputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream("output.txt"))){
        People people = new People("lbw");
        outputStream.writeObject(people);
        outputStream.flush();
        people = (People) inputStream.readObject();
        System.out.println(people.name);
    }catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}
static class People implements Serializable{   //必须实现Serializable接口才能被序列化
    String name;
    public People(String name){
        this.name = name;
    }
}

后续的操作中，有可能会使得这个类的一些结构发生变化，而原来保存的数据只适用于之前版本的这个类，因此我们需要一种方法来区分类的不同版本：

static class People implements Serializable{
    private static final long serialVersionUID = 123456;   //在序列化时，会被自动添加这个属性，它代表当前类的版本，我们也可以手动指定版本。
    String name;
    public People(String name){
        this.name = name;
    }
}

当发生版本不匹配时，会无法反序列化为对象

如果我们不希望某些属性参与到序列化中进行保存，我们可以添加transient关键字

static class People implements Serializable{
    private static final long serialVersionUID = 1234567;
    transient String name;
    public People(String name){
        this.name = name;
    }
}

ialVersionUID = 123456; //在序列化时，会被自动添加这个属性，它代表当前类的版本，我们也可以手动指定版本。

String name;
public People(String name){
    this.name = name;
}

}

当发生版本不匹配时，会无法反序列化为对象
如果我们不希望某些属性参与到序列化中进行保存，我们可以添加`transient`关键字
~~~java
static class People implements Serializable{
    private static final long serialVersionUID = 1234567;
    transient String name;
    public People(String name){
        this.name = name;
    }
}

transient关键字，使得某些属性不参与序列化，取消这些不必要保存的属性，可以节省数据空间占用以及减少序列化时间。

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