Java IO,硬骨头也能变软

开胃菜

先看一张网上流传的java.io包的类结构图:


当你看到这幅图的时候,我相信,你跟我一样内心是崩溃的。

有些人不怕枯燥,不怕寂寞,硬着头皮看源码,但是,能坚持下去全部看完的又有几个呢!

然而,就算源码全部看完看懂,过不了几天,脑子里也会变成一团浆糊。

因为这里的类实在太多了。可能我们反复看,反复记,也很难做到清晰明白。

他就像是一块超级硬的骨头,怎么啃都啃不烂。

面对这样的做法,要坚决对他说,NO


记不住,怎么办?

我的做法是找出他们的共性,给他们分类,只记典型,触类旁通。

上面的图虽然有分类,但是还不够细,而且没有总结出方便记忆的规律,所以我们要重新整理和归类。

这篇文章中,使用了两种分时给他们分组,目的是更全面的了解共性,帮助记忆。


分类一:按操作方式(类结构)

  • 字节流和字符流:
    • 字节流:以字节为单位,每次次读入或读出是8位数据。可以读任何类型数据。
    • 字符流:以字符为单位,每次次读入或读出是16位数据。其只能读取字符类型数据。
  • 输出流和输入流:
    • 输出流:从内存读出到文件。只能进行写操作。
    • 输入流:从文件读入到内存。只能进行读操作。
注意:这里的出和入,都是相对于系统内存而言的。
  • 节点流和处理流:
    • 节点流:直接与数据源相连,读入或读出。
    • 处理流:与节点流一块使用,在节点流的基础上,再套接一层,套接在节点流上的就是处理流。
为什么要有处理流?直接使用节点流,读写不方便,为了更快的读写文件,才有了处理流。


按操作方式分类结构图:

根据以上分类,以及jdk的说明,我们可以画出更详细的类结构图,如下:



分类说明

  • 1. 输入字节流InputStream
    输入字节流的继承图可见上图,可以看出:
    • FileInputStream: 是三种基本的介质流,它们分别从Byte 数组、StringBuffer、和本地文件中读取数据。
    • ByteArrayInputStream:
    • PipedInputStream: 是从与其它线程共用的管道中读取数据。PipedInputStream的一个实例要和PipedOutputStream的一个实例共同使用,共同完成管道的读取写入操作。主要用于线程操作。
    • ObjectInputStream 和所有FilterInputStream 的子类都是装饰流(装饰器模式的主角)
  • 2. 输出字节流OutputStream:
    输出字节流的继承图可见上图,可以看出:
    • FIleOutputStream:是两种基本的介质流
    • ByteArrayOutputStream: 是两种基本的介质流,它们分别向Byte 数组、和本地文件中写入数据。
    • PipedOutputStream:是向与其它线程共用的管道中写入数据。
    • ObjectOutputStream 和所有FilterOutputStream 的子类都是装饰流。
字节流的输入和输出对照图:



  • 3. 字符输入流Reader:
    在上面的继承关系图中可以看出:
    • FileReader:
    • PipedReader:是从与其它线程共用的管道中读取数据
    • CharArrayReader:
    • CharReader、StringReader 是两种基本的介质流,它们分别将Char 数组、String中读取数据。
    • BufferedReader 很明显就是一个装饰器,它和其子类负责装饰其它Reader 对象。
    • FilterReader 是所有自定义具体装饰流的父类,其子类PushbackReader 对Reader 对象进行装饰,会增加一个行号。
    • InputStreamReader: 是一个连接字节流和字符流的桥梁,它将字节流转变为字符流。FileReader 可以说是一个达到此功能、常用的工具类,在其源代码中明显使用了将FileInputStream 转变为Reader 的方法。我们可以从这个类中得到一定的技巧。Reader 中各个类的用途和使用方法基本和InputStream 中的类使用一致。后面会有Reader 与InputStream 的对应关系。


  • 4. 字符输出流Writer:
    在上面的关系图中可以看出:
    • FileWriter:
    • PipedWriter:是向与其它线程共用的管道中写入数据
    • CharArrayWriter:
    • CharArrayWriter、StringWriter 是两种基本的介质流,它们分别向Char 数组、String 中写入数据。
    • BufferedWriter 是一个装饰器,为Writer 提供缓冲功能。
    • PrintWriter 和PrintStream 极其类似,功能和使用也非常相似。
    • OutputStreamWriter: 是OutputStream 到Writer 转换的桥梁,它的子类FileWriter 其实就是一个实现此功能的具体类(具体可以研究一SourceCode)。功能和使用和OutputStream 极其类似,后面会有它们的对应图。
字符流的输入和输出对照图:



  • 5. 字符流与字节流转换
    • 转换流的特点:
  1. 其是字符流和字节流之间的桥梁;
  2. 可对读取到的字节数据经过指定编码转换成字符;
  3. 可对读取到的字符数据经过指定编码转换成字节;
  • 何时使用转换流?
  1. 当字节和字符之间有转换动作时;
  2. 流操作的数据需要编码或解码时。
  • 具体的实现:

InputStreamReader:输入流转到读流;

String fileName= "d:"+File.separator+"hello.txt";
File file=new File(fileName);
Writer out=new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(file));
out.write("hello");
out.close();

OutputStreamWriter:输出流转到写流;

String fileName= "d:"+File.separator+"hello.txt";
File file=new File(fileName);
Reader read=new InputStreamReader(new FileInputStream(file));
char[] b=new char[100];
int len=read.read(b);
System.out.println(new String(b,0,len));
read.close();
这两个流对象是字符体系中的成员,它们有转换作用,本身又是字符流,所以在构造的时候需要传入字节流对象进来。

分类二:按操作对象

按操作对象分类结构图:




分类说明:

  • 对文件进行操作(节点流):
    • FileInputStream(字节输入流),
    • FileOutputStream(字节输出流),
    • FileReader(字符输入流),
    • FileWriter(字符输出流)
  • 对管道进行操作(节点流):
    • PipedInputStream(字节输入流),
    • PipedOutStream(字节输出流),
    • PipedReader(字符输入流),
    • PipedWriter(字符输出流)。
      PipedInputStream的一个实例要和PipedOutputStream的一个实例共同使用,共同完成管道的读取写入操作。主要用于线程操作。
  • 字节/字符数组流(节点流):
    • ByteArrayInputStream,
    • ByteArrayOutputStream,
    • CharArrayReader,
    • CharArrayWriter;
      是在内存中开辟了一个字节或字符数组。
除了上述三种是节点流,其他都是处理流,需要跟节点流配合使用。
  • Buffered缓冲流(处理流):
    • BufferedInputStream,
    • BufferedOutputStream,
    • BufferedReader,
    • BufferedWriter,
      是带缓冲区的处理流,缓冲区的作用的主要目的是:避免每次和硬盘打交道,提高数据访问的效率。
  • 转化流(处理流):
    • InputStreamReader:把字节转化成字符;
    • OutputStreamWriter:把字节转化成字符。
  • 基本类型数据流(处理流):用于操作基本数据类型值。
    • DataInputStream,
    • DataOutputStream。
      因为平时若是我们输出一个8个字节的long类型或4个字节的float类型,那怎么办呢?可以一个字节一个字节输出,也可以把转换成字符串输出,但是这样转换费时间,若是直接输出该多好啊,因此这个数据流就解决了我们输出数据类型的困难。数据流可以直接输出float类型或long类型,提高了数据读写的效率。
  • 打印流(处理流):
    • PrintStream,
    • PrintWriter,
      一般是打印到控制台,可以进行控制打印的地方。
  • 对象流(处理流):
    • ObjectInputStream,对象反序列化;
    • ObjectOutputStream,对象序列化;
      把封装的对象直接输出,而不是一个个在转换成字符串再输出。
  • 合并流(处理流):
    • SequenceInputStream:可以认为是一个工具类,将两个或者多个输入流当成一个输入流依次读取。


典型使用案例

  • 1. 复制文件:
/**
 * 复制文件:一边读,一边写
 */
class hello {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        if (args.length != 2) {
            System.out.println("命令行参数输入有误,请检查");
            System.exit(1);
        }
        File file1 = new File(args[0]);
        File file2 = new File(args[1]);

        if (!file1.exists()) {
            System.out.println("被复制的文件不存在");
            System.exit(1);
        }
        InputStream input = new FileInputStream(file1);
        OutputStream output = new FileOutputStream(file2);
        if ((input != null) && (output != null)) {
            int temp = 0;
            while ((temp = input.read()) != (-1)) {
                output.write(temp);
            }
        }
        input.close();
        output.close();
    }
}
  • 说明:
    • 流在使用结束后,一定要执行关闭操作,即调用close( )方法。
    • FileInputStream.read():
      这个方法是对这个流一个一个字节的读,返回的结果就是这个字节的int表示方式;
      当已经没有内容时,返回的结果为-1;
    • FileOutputStream.write():
      将内容写到文件。
  • 2. 不使用FIle,将流中的字符转换大写小:
 public static void main(String[] args) throws IOException {
        String str = "ROLLENHOLT";
        ByteArrayInputStream input = new ByteArrayInputStream(str.getBytes());
        ByteArrayOutputStream output = new ByteArrayOutputStream();
        int temp = 0;
        while ((temp = input.read()) != -1) {
            char ch = (char) temp;
            output.write(Character.toLowerCase(ch));
        }
        String outStr = output.toString();
        input.close();
        output.close();
        System.out.println(outStr);
    }
  • 说明:
    • 流在使用结束后,一定要执行关闭操作,即调用close( )方法。


  • 3. 使用管道流在多个线程间通信
/**
 * 消息发送类
 * */
class Send implements Runnable {
    private PipedOutputStream out = null;

    public Send() {
        out = new PipedOutputStream();
    }

    public PipedOutputStream getOut() {
        return this.out;
    }

    public void run() {
        String message = "hello , Rollen";
        try {
            out.write(message.getBytes());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        try {
            out.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

/**
 * 接受消息类
 */
class Recive implements Runnable {
    private PipedInputStream input = null;

    public Recive() {
        this.input = new PipedInputStream();
    }

    public PipedInputStream getInput() {
        return this.input;
    }

    public void run() {
        byte[] b = new byte[1000];
        int len = 0;
        try {
            len = this.input.read(b);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        try {
            input.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("接受的内容为 " + (new String(b, 0, len)));
    }
}

/**
 * 测试类
 */
class hello {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Send send = new Send();
        Recive recive = new Recive();
        try {
            //管道连接
            send.getOut().connect(recive.getInput());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        new Thread(send).start();
        new Thread(recive).start();
    }
}
  • 4. 使用缓冲区从键盘上读入内容:
public static void main(String[] args) throws IOException {

        BufferedReader buf = new BufferedReader(
                new InputStreamReader(System.in));
        String str = null;
        System.out.println("请输入内容");
        try{
            str = buf.readLine();
        }catch(IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("你输入的内容是:" + str);
    }
  • 5. 将系统输出定向到文件:
public static void main(String[] args) throws IOException {
    File file = new File("/Users/liuluming/Documents/hello.txt");
    // 此刻直接输出到屏幕
    System.out.println("hello");
    try {
        System.setOut(new PrintStream(new FileOutputStream(file)));
    } catch (FileNotFoundException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("这些内容在文件中才能看到哦!");
}

其他类:File

File类是对文件系统中文件以及文件夹进行封装的对象,可以通过对象的思想来操作文件和文件夹。 File类保存文件或目录的各种元数据信息,包括文件名、文件长度、最后修改时间、是否可读、获取当前文件的路径名,判断指定文件是否存在、获得当前目录中的文件列表,创建、删除文件和目录等方法。

其他类:RandomAccessFile

该对象并不是流体系中的一员,其封装了字节流,同时还封装了一个缓冲区(字符数组),通过内部的指针来操作字符数组中的数据。 该对象特点:

  1. 该对象只能操作文件,所以构造函数接收两种类型的参数:a.字符串文件路径;b.File对象。
  2. 该对象既可以对文件进行读操作,也能进行写操作,在进行对象实例化时可指定操作模式(r,rw)。
注意:
该对象在实例化时,如果要操作的文件不存在,会自动创建;如果文件存在,写数据未指定位置,会从头开始写,即覆盖原有的内容。 可以用于多线程下载或多个线程同时写数据到文件
编辑于 2017-08-24

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