Java I/O流入门

I/O流入门

• 前言
• 一、IO简介
• • 1、什么是IO流？
  • 2、数据源（Data Source）
  • 3、流的概念
  • 4、Java四大IO抽象类
  • 5、IO流分类
  • 6、Java IO流体系
• 二、IO流入门案例
• 三、File类的使用
• • 1、File的常见方法
• 四、常用流对象
• • 1、文件字节流
  • 2、定义文件拷贝工具类
  • 3、文件字符流
  • 4、为每行添加行号
  • 5、转换流
  • 6、字符输出流
  • 7、字节数组流
  • 8、数据流
  • 9、对象流
  • 10、随机访问流
• 五、Apache IO包
• • 1、下载Apache IO包
  • 2、添加jar包
  • 3、FileUtils
  • 4、IOUtils
• 总结
• 参考文献

前言

Java IO流入门，了解IO简介、IO流入门案例、File类的使用、常用流对象、Apache IO包。

一、IO简介 1、什么是IO流？

1）与外部设备进行通信，进行数据交换，即Input/Output data。
2）Java IO API 屏蔽外部设备的差异性。

2、数据源（Data Source）

以程序为参考对象。
1）源设备：向程序传输所需数据的设备。
2）目的设备：程序将数据存储到外部的设备。

3、流的概念

流是一个抽象、动态的概念，这里指的数据流，数据以一定容量为单位不断流入程序或外部设备。
数据流即一连串连续动态的数据集合。

4、Java四大IO抽象类

这四个抽象类奠定了IO的基础，分别为：
1）字节流，以一字节（8bit）作为基本单位。
A）InputStream
int read()，返回一个0-255的十进制 或 -1，分别表示读取的字符和已读完。
void close()，关闭字节流输入对象，释放相关系统资源。
B）OutputStream
void write(int n)，向目的设备写一个字节的二进制。
void close()，关闭字节流输出对象，释放相关系统资源。
2）字符流，以一个字符为基本单位。
A）Reader
int read()，读取字符数据，返回一个0-65535 的十进制，即Unicode字符，或者返回-1。分别表示读出的字符和已读完。
void close()，关闭字节流输出对象，释放相关系统资源。
B）Writer
void write(int n)，向目的设备写入一个字符的二进制。
void close()，关闭字节流输出对象，释放相关系统资源。

5、IO流分类

1）按流方向
A）输入流：Data Source -> Program
B）输出流：Program -> Destination
2）按处理单元
A）字节流，以字节为基本单位。
B）字符流，以字符为基本单位，即Unicode字符。
3）按处理对象
A）节点流，直接链接到数据源。
B）处理流，对节点流的包装，让流有更加强大的功能，处理流的流对象。如BufferedInputStream、BufferedOutputStream。

6、Java IO流体系

重点类介绍
1）File，处理目录或文件，包装成类，就能够更好的操作目录和文件。
2）InputStream、OutputStream、Reader、Writer，四大基本抽象类，Java 中IO的规范。
3）FileInputStream / FileOutputStream
节点流，以字节为单位，直接操作文件。
4）ByteArrayInputStream / ByteArrayOutputStream
节点流，以字节为单位，直接处理“字节数组对象”。
5）ObjectInputStream / ObjectOutputStream
处理流，以字节为单位，操作字节流中的对象。
6）DataInputStream / DataOutputStream
处理流，以字节为单位，操作字节流中的基本数据类型与字符串类型。
7）FileReader / FileWriter
节点流，以字符为基本单位，直接操作文本文件。
8）BufferedReader / BufferedWriter
处理流，包装了Reader、Writer，增加了缓存功能，通过缓存减少等待时间来提高读写的效率。
9）BufferedInputStream / BufferedOutputStream
处理流，包装InputStream、OutputStream，增加缓存功能，提高读写效率。
10）InputStreamReader / OutputStreamWriter
处理流，将字节流对象包装成字符流对象。
11）PrintStream
处理流，包装OutputStream，方便输出字符。

二、IO流入门案例

1）只能展示0-255的字符

package com.xhu.java;

import java.io.*;

public class TestIO {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建字节输入流
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("d:/IOCase.txt")) {
            int n = 0;
            while ((n = fis.read()) != -1)
                System.out.print((char) (n));
        } catch (IOException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }

    }
}

Java 异常进阶
2）展示0-65535，即Unicode字符

package com.xhu.java;

import java.io.*;
import java.util.Arrays;

public class TestIO {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileReader fr = new FileReader("d:/IOCase.txt")) {
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            int n = 0;
            while ((n = fr.read()) != -1) {
                sb.append((char) n);
            }
            System.out.println(sb.toString());
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

三、File类的使用 1、File的常见方法

File 常见方法

四、常用流对象 1、文件字节流

1）FileInputStream / FileOutputStream
以字节的方式读取文件，所有文件底层都为二进制，所以这个能读取所有类型的文件和写任意类型的文件。（图像、视频、文本文件）

package com.xhu.java;
import java.io.*;
import java.util.Arrays;

public class TestIO {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("d:/生物钟.jpg");
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream("d:生物钟副本.png")) {
            int n = 0;
            while((n = fis.read()) != -1){
                fos.write(n);
            }
            //把内存缓存的数据写入磁盘中
            fos.flush();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

2）通过缓存区提高读写效率

上面的操作是一个一个字节去读的，一个一个去写，IO的调用次数大多，当图片太大就会很慢。
A）指定长度的字节数组作为缓存区，该长度应为2的整数幂。

	public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("d:/生物钟.jpg");
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream("d:生物钟副本.png")) {
            //1024位bit，缓存区
            byte[] buffer = new byte[1024];
            //每次读到buffer中的长度
            int n = 0;
            //每次读写1024位
            while((n = fis.read(buffer)) != -1){
                fos.write(buffer,0,n);
            }
            //把内存缓存的数据写入磁盘中
            fos.flush();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

B）根据文件大小来确定buffer长度，相当于一次性读写文件，文件太大，占用内存也会很大，所以推荐小文件。

	public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("d:/生物钟.jpg");
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream("d:/生物钟副本.png")) {
            //1024位bit，缓存区,文件太大，内存空间占用也大
            byte[] buffer = new byte[fis.available()];
            int n = fis.read(buffer);
            fos.write(buffer, 0, n);
            //把内存缓存的数据写入磁盘中
            fos.flush();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

C）包装流BufferedInputStream / BufferedOutputStream

缓存区慢或手动提交时，才会把处理数据。底层缓冲数组。

	public static void main(String[] args) {
        //关闭流顺序，后开先关闭
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("d:/生物钟.jpg");
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream("d:/生物钟副本.png");
             BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);
             BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fos)) {
            int n = 0;
            //buffer的默认长度为2的13次方8192
            //private static int DEFAULT_BUFFER_SIZE = 8192;
            while ((n = bis.read()) != -1) {
                //去写缓冲区的内容，字节转十进制为n
                bos.write(n);
            }
            //把内存缓存的数据写入磁盘中
            bos.flush();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

2、定义文件拷贝工具类

package com.xhu.java;

import java.io.*;


public class CopyFileTools {

    
    public static void copy(String source, String dest) throws IOException {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream(source);
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream(dest)) {
            copyFile(fis, fos);
        } catch (IOException e) {
            throw e;
        }
    }

    
    private static void copyFile(FileInputStream fis, FileOutputStream fos) throws IOException {
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fos);
        int n = 0;
        while ((n = bis.read()) != -1) {
            bos.write(n);
        }
        bos.flush();
    }

}

3、文件字符流

1）FileReader / FileWriter

	public static void main(String[] args) {
        try (FileReader fr = new FileReader("d:/IOCase.txt");
             FileWriter fw = new FileWriter("d:/IOCase_copy.txt")) {
            int n = 0;
            while ((n = fr.read()) != -1) {
                fw.write(n);
            }
            fw.flush();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

2）用buffer来提高效率

	public static void main(String[] args) throws IOException {
        try (FileReader fr = new FileReader("d:/IOCase.txt");
             FileWriter fw = new FileWriter("d:/IOCase_copy.txt");
             BufferedReader br = new BufferedReader(fr);
             BufferedWriter bw = new BufferedWriter(fw)) {
            int n = 0;
            while ((n = br.read()) != -1) {
                bw.write(n);
            }
            //换行
            bw.newline()
            bw.flush();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

	String str = null;
    while ((str = br.readLine()) != null) {
          bw.write(str);
    }

4、为每行添加行号

	public static void main(String[] args) throws IOException {
        try (FileReader fr = new FileReader("d:/IOCase.txt");
             FileWriter fw = new FileWriter("d:/IOCase_copy.txt");
             BufferedReader br = new BufferedReader(fr);
             BufferedWriter bw = new BufferedWriter(fw)) {
            int n = 0;
            String str = null;
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            while ((str = br.readLine()) != null) {
                bw.write(sb.append(++n).append(":").append(str).toString());
                //读完一行就换还
                bw.newline();
                sb.delete(0, sb.length());
            }
            bw.flush();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

5、转换流

InputStreamReader / OutputStreamWriter ，将字节流转换为字符流。
如键盘输入一行System.in，用BufferedReader 读一行，键盘输入的是字节流，而BufferedReader是字符流；显示在屏幕的System.out也是字节流，但是我们需要把它变成字符显示在屏幕上。所以需要用到转换流，即一种包装流。

package com.xhu.java;

import java.io.*;

public class TestInputStreamReader {
    public static void main(String[] args) {
        //把键盘作为数据源
        InputStream is = System.in;
        //把显示屏作为目的设备
        OutputStream os = System.out;
        try (InputStreamReader ism = new InputStreamReader(is);
             OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(os);
             BufferedReader br = new BufferedReader(ism);
             BufferedWriter bw = new BufferedWriter(osw)) {
            //输入exit为出口
            while (true) {
                //将请输入flush到屏幕上
                bw.write("请输入：");
                bw.flush();

                String str = br.readLine();
                if ("exit".equals(str)) {
                    break;
                }
                //将输入的一行flush到屏幕上
                bw.write("你输入的是：" + str);
                bw.flush();
                //手动换行
                bw.newline();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

6、字符输出流

PrintWriter自带换行（print）和flush。

public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("d:/IOCase.txt");
             InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis);
             BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
             PrintWriter pw = new PrintWriter("d:/IOCase_copy.txt");
        ) {
            int n = 0;
            String str = null;
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            while ((str = br.readLine()) != null) {
                pw.println(sb.append((++n)).append(',').append(str));
                sb.delete(0, sb.length());
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

7、字节数组流

ByteArrayInputStream / ByteArrayOutStream
以字节数组为处理对象，进行读取和写入。

package com.xhu.java;

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;

public class TestByteArrayInputStream {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] bytes = "abc".getBytes();
        try (ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(bytes);
             ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();) {
            int n = 0;
            while ((n = bais.read()) != -1) {
                //写回字符数组
                baos.write(n);
            }
            //得到字节数组
            byte[] res = baos.toByteArray();
            for (byte b : res) {
                System.out.print((char) b);
            }

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

8、数据流

DataInputStream / DataOutputStream
字节和字符流便于存储和读取Java中的基本数据类型。

package com.xhu.java;

import java.io.*;

public class TestDataInputStream {
    public static void main(String[] args) {
        try (DataOutputStream dps = new DataOutputStream(new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("d:/data.txt")));
             DataInputStream dis = new DataInputStream(new FileInputStream("d:/data.txt"))) {
            int[] data = new int[]{1122211111, 2, 3};
            for (int n : data) {
                dps.writeInt(n);
            }
            dps.flush();
            int n = 3;
            while (n-- != 0) {
                System.out.println(dis.readInt());
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

9、对象流

将对象以二进制的形式进行输入和写出。
1）序列化和反序列化
含义）将Java对象转化为字节序列，为序列化；将二进制序列转化为Java对象，为反序列化。
作用）将对象持久化；网络通信。
序列化类）ObjectInputStream / ObjectOutputStream
writeObject(Object obj)，将obj序列化，然后再写到目标输出流中。
Object readObject()，从数据流中读出序列数据，然后将字节序列反序列化为Object对象。
Serializable）一个空接口，起标记作用，只有实现了这个接口的类，其对象才能被序列化。

package com.xhu.java;

import java.io.*;

public class TestObjectInputStream {
    public static void main(String[] args) {
        try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("d:/data.txt"));
             ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("d:/data.txt"));
        ) {
            Person[] ps = new Person[]{new Person("林森"), new Person("李")};
            oos.writeInt(ps.length);
            for (Person p : ps) {
                oos.writeObject(p);
            }
            //oos.writeObject(null);
            //oos.flush();
            int len = ois.readInt();
            Object obj = null;
            while (len-- > 0) {
                System.out.println(((Person) ois.readObject()).name);
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

10、随机访问流

1）RandomAccessFile
作用1）既可以读入文件，也可以写出文件。
作用2）可以访问文件的任意位置，不像其它流只能顺序读取。
核心函数）
A）RandomAccessFile(String name,String mode)，name为文件名，mode为流的访问权限，如r（读）、rw（可读写）。
定位函数）seek(long a)，定位流对象读写的位置，a是离文件头的字节数。
getFilePointer()，获取当前文件指针位置。

package com.xhu.java;

import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;

public class TestRandomAccessFile {
    public static void main(String[] args) {
        try (RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("d:data.txt", "rw")) {
            int[] data = new int[]{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
            for (int n : data) {
                raf.writeInt(n);
            }
            raf.writeInt(Integer.MAX_VALUE);
            //把指针移回来
            raf.seek(0);
            int n = 0;
            while ((n = raf.readInt()) != Integer.MAX_VALUE) {
                System.out.println(n);
                //打印偶数,int 4个字节，当前位置加4个字节就跳过了一位整数。
                raf.seek(raf.getFilePointer() + 4);
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

注：当文件作为数据源或目标时，可以使用File类来表示。File file = new File("d:a.txt"); FileReader fr = new FileReader(file);

五、Apache IO包

为了简化实际开发中复杂的IO操作代码，第三方Apache提供了IO包来简化许多复杂繁琐的IO操作。
Apache-commons工具包中提供了IOUtils / FileUtils类。

1、下载Apache IO包

下载地址：commons.apache.org

2、添加jar包

3、FileUtils

进入docs查看API参考文档，该类提供了很多方法，功能强大。

package com.xhu.java;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.*;

public class TestFileUtils {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        File file = new File("d:data.txt");
        //读取所有内容
        String allContent = FileUtils.readFileToString(file, "UTF-8");
        System.out.println(allContent);
        //复制文件
        FileUtils.copyToFile(new FileInputStream(file), new File("d:data_copy.txt"));
        //拷贝文件夹
        FileUtils.copyDirectory(new File("d:/file"), new File("d:/file_copy"), new FileFilter() {
            @Override
            public boolean accept(File pathname) {
                return pathname.isDirectory() || pathname.getName().endsWith(".txt") ? true : false;
            }
        });
    }
}

4、IOUtils

toString：将输入流或数组中的内容转化为字符串。其它查API参考文档。

package com.xhu.java;

import org.apache.commons.io.IOUtils;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class TestIOUtils {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //字节转字符串
        String allContent = IOUtils.toString(new FileInputStream("d:data.txt"), "utf-8");
        System.out.println(allContent);
    }
}

总结

1）输入流、输出流、节点流、处理流
2）序列化、反序列化
3）常用流对象、FileUtils、IOUtils

参考文献

[1] [JDK 1.12]
[2] Java SE oldLu
[3] Apache IO