【重铸Java根基】Java中的IO基础知识

IO 即 Input/Output，输入和输出。数据输入到计算机内存的过程即输入，反之输出到外部存储（比如数据库，文件，远程主机）的过程即输出。数据传输过程类似于水流，因此称为 IO 流。IO 流在 Java 中分为输入流和输出流，而根据数据的处理方式又分为字节流和字符流。

Java IO 流的 40 多个类都是从如下 4 个抽象类基类中派生出来的。

• InputStream/Reader: 所有的输入流的基类，前者是字节输入流，后者是字符输入流。
• OutputStream/Writer: 所有输出流的基类，前者是字节输出流，后者是字符输出流。

从类型上分，分为字节流和字符流

字节流

InputStream（字节输入流）

InputStream用于从源头（通常是文件）读取数据（字节信息）到内存中，java.io.InputStream抽象类是所有字节输入流的父类。

InputStream 常用方法 ：

• read() ：返回输入流中下一个字节的数据。返回的值介于 0 到 255 之间。如果未读取任何字节，则代码返回 -1 ，表示文件结束。
• read(byte b[ ]) : 从输入流中读取一些字节存储到数组 b 中。如果数组 b 的长度为零，则不读取。如果没有可用字节读取，返回 -1。如果有可用字节读取，则最多读取的字节数最多等于 b.length ， 返回读取的字节数。这个方法等价于 read(b, 0, b.length)。
• read(byte b[], int off, int len) ：在read(byte b[ ]) 方法的基础上增加了 off 参数（偏移量）和 len 参数（要读取的最大字节数）。
• skip(long n) ：忽略输入流中的 n 个字节 ,返回实际忽略的字节数。
• available() ：返回输入流中可以读取的字节数。
• close() ：关闭输入流释放相关的系统资源。

FileInputStream 是一个比较常用的字节输入流对象，可直接指定文件路径，可以直接读取单字节数据，也可以读取至字节数组中。

不过，一般我们是不会直接单独使用 FileInputStream ，通常会配合 BufferedInputStream（字节缓冲输入流）

// 新建一个 BufferedInputStream 对象
BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(new FileInputStream("input.txt"));
// 读取文件的内容并复制到 String 对象中
String result = new String(bufferedInputStream.readAllBytes());

DataInputStream 用于读取指定类型数据，不能单独使用，必须结合 FileInputStream 。

FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("input.txt");
//必须将fileInputStream作为构造参数才能使用
DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(fileInputStream);
//可以读取任意具体的类型数据
dataInputStream.readBoolean();
dataInputStream.readInt();
dataInputStream.readUTF();

ObjectInputStream 用于从输入流中读取 Java 对象（反序列化），ObjectOutputStream 用于将对象写入到输出流(序列化)。

ObjectInputStream input = new ObjectInputStream(new FileInputStream("object.data"));
MyClass object = (MyClass) input.readObject();
input.close();

另外，用于序列化和反序列化的类必须实现 Serializable 接口，对象中如果有属性不想被序列化，使用 transient 修饰。

OutputStream（字节输出流）

OutputStream用于将数据（字节信息）写入到目的地（通常是文件），java.io.OutputStream抽象类是所有字节输出流的父类。

OutputStream 常用方法 ：

• write(int b) ：将特定字节写入输出流。
• write(byte b[ ]) : 将数组b 写入到输出流，等价于 write(b, 0, b.length) 。
• write(byte[] b, int off, int len) : 在write(byte b[ ]) 方法的基础上增加了 off 参数（偏移量）和 len 参数（要读取的最大字节数）。
• flush() ：刷新此输出流并强制写出所有缓冲的输出字节。
• close() ：关闭输出流释放相关的系统资源。

FileOutputStream 是最常用的字节输出流对象，可直接指定文件路径，可以直接输出单字节数据，也可以输出指定的字节数组。

类似于 FileInputStream，FileOutputStream 通常也会配合 BufferedOutputStream（字节缓冲输出流，后文会讲到）来使用。

FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("output.txt");
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fileOutputStream)

DataOutputStream 用于写入指定类型数据，不能单独使用，必须结合 FileOutputStream

// 输出流
FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("out.txt");
DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(fileOutputStream);
// 输出任意数据类型
dataOutputStream.writeBoolean(true);
dataOutputStream.writeByte(1);

ObjectOutputStream 用于从输入流中读取 Java 对象（ObjectInputStream,反序列化）或者将对象写入到输出流(ObjectOutputStream，序列化)。

ObjectOutputStream output = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("file.txt")
Person person = new Person("Guide哥", "JavaGuide作者");
output.writeObject(person);

字符流

不管是文件读写还是网络发送接收，信息的最小存储单元都是字节。 那为什么 I/O 流操作要分为字节流操作和字符流操作呢？

个人认为主要有两点原因：

• 字符流是由 Java 虚拟机将字节转换得到的，这个过程还算是比较耗时。
• 如果我们不知道编码类型就很容易出现乱码问题。

Reader（字符输入流）

Reader用于从源头（通常是文件）读取数据（字符信息）到内存中，java.io.Reader抽象类是所有字符输入流的父类。

Reader 用于读取文本， InputStream 用于读取原始字节。

Reader 常用方法 ：

• read() : 从输入流读取一个字符。
• read(char[] cbuf) : 从输入流中读取一些字符，并将它们存储到字符数组 cbuf中，等价于 read(cbuf, 0, cbuf.length) 。
• read(char[] cbuf, int off, int len) ：在read(char[] cbuf) 方法的基础上增加了 off 参数（偏移量）和 len 参数（要读取的最大字节数）。
• skip(long n) ：忽略输入流中的 n 个字符 ,返回实际忽略的字符数。
• close() : 关闭输入流并释放相关的系统资源。

常用的字符输入流:FileReader

Writer（字符输出流）

Writer用于将数据（字符信息）写入到目的地（通常是文件），java.io.Writer抽象类是所有字节输出流的父类。

Writer 常用方法 ：

• write(int c) : 写入单个字符。
• write(char[] cbuf) ：写入字符数组 cbuf，等价于write(cbuf, 0, cbuf.length)。
• write(char[] cbuf, int off, int len) ：在write(char[] cbuf) 方法的基础上增加了 off 参数（偏移量）和 len 参数（要读取的最大字节数）。
• write(String str) ：写入字符串，等价于 write(str, 0, str.length()) 。
• write(String str, int off, int len) ：在write(String str) 方法的基础上增加了 off 参数（偏移量）和 len 参数（要读取的最大字节数）。
• append(CharSequence csq) ：将指定的字符序列附加到指定的 Writer 对象并返回该 Writer 对象。
• append(char c) ：将指定的字符附加到指定的 Writer 对象并返回该 Writer 对象。
• flush() ：刷新此输出流并强制写出所有缓冲的输出字符。
• close():关闭输出流释放相关的系统资源。

常用的字符输出流FileWriter

字节缓冲流

IO 操作是很消耗性能的，缓冲流将数据加载至缓冲区，一次性读取/写入多个字节，从而避免频繁的 IO 操作，提高流的传输效率。

字节流和字节缓冲流的性能差别主要体现在我们使用两者的时候都是调用 write(int b) 和 read() 这两个一次只读取一个字节的方法的时候。由于字节缓冲流内部有缓冲区（字节数组），因此，字节缓冲流会先将读取到的字节存放在缓存区，大幅减少 IO 次数，提高读取效率。

BufferedInputStream（字节缓冲输入流）

BufferedInputStream 从源头（通常是文件）读取数据（字节信息）到内存的过程中不会一个字节一个字节的读取，而是会先将读取到的字节存放在缓存区，并从内部缓冲区中单独读取字节。这样大幅减少了 IO 次数，提高了读取效率。

BufferedInputStream 内部维护了一个缓冲区，这个缓冲区实际就是一个字节数组，缓冲区的大小默认为 8192 字节，当然了，你也可以通过 BufferedInputStream(InputStream in, int size) 这个构造方法来指定缓冲区的大小。

BufferedOutputStream（字节缓冲输出流）

BufferedOutputStream 将数据（字节信息）写入到目的地（通常是文件）的过程中不会一个字节一个字节的写入，而是会先将要写入的字节存放在缓存区，并从内部缓冲区中单独写入字节。这样大幅减少了 IO 次数，提高了读取效率。

类似于 BufferedInputStream ，BufferedOutputStream 内部也维护了一个缓冲区，并且，这个缓存区的大小也是 8192 字节。

字符缓冲流

BufferedReader （字符缓冲输入流）和 BufferedWriter（字符缓冲输出流）类似于 BufferedInputStream（字节缓冲输入流）和BufferedOutputStream（字节缓冲输入流），内部都维护了一个字节数组作为缓冲区。不过，前者主要是用来操作字符信息。

随机访问流

这里要介绍的随机访问流指的是支持随意跳转到文件的任意位置进行读写的 RandomAccessFile 。

RandomAccessFile 的构造方法如下，我们可以指定 mode（读写模式）。

读写模式主要有下面四种：

• r : 只读模式。
• rw: 读写模式
• rws: 相对于 rw，rws 同步更新对“文件的内容”或“元数据”的修改到外部存储设备。
• rwd : 相对于 rw，rwd 同步更新对“文件的内容”的修改到外部存储设备。

文件内容指的是文件中实际保存的数据，元数据则是用来描述文件属性比如文件的大小信息、创建和修改时间。

RandomAccessFile 中有一个文件指针用来表示下一个将要被写入或者读取的字节所处的位置。我们可以通过 RandomAccessFile 的 seek(long pos) 方法来设置文件指针的偏移量（距文件开头 pos 个字节处）。如果想要获取文件指针当前的位置的话，可以使用 getFilePointer() 方法。

RandomAccessFile 的 write 方法在写入对象的时候如果对应的位置已经有数据的话，会将其覆盖掉。

RandomAccessFile 比较常见的一个应用就是实现大文件的 断点续传 。何谓断点续传？简单来说就是上传文件中途暂停或失败（比如遇到网络问题）之后，不需要重新上传，只需要上传那些未成功上传的文件分片即可。分片（先将文件切分成多个文件分片）上传是断点续传的基础。