Java之IO流详解

大多数应用程序都需要实现与设备之间的数据传输，例如键盘可以输入数据，显示器可以显示程序的运行结果等。在Java中，将这种通过不同输入输出设备(键盘，内存，显示器，网络等)之间的数据传输抽象表述为”流”，程序允许通过流的方式与输入输出设备进行数据传输。Java中的”流”都位于java.io包中，称为IO(输入输出)流。

IO流四大家族:

• 1.InputStream:输入字节流。
• 2.OutputStream:输出字节流。
• 3.Reader:输入字符流。
• 4.Writer:输出字符流。

其中1、2统称字节流，3、4统称字符流。接下来就来详细介绍这四大家族流的用法。

1.字节流

1.1概念

在计算机中，无论是文本、图片、音频、还是视频，所有的文件都是以二进制(字节)形式存在，IO流中针对字节的输入输出提供了一系列的流，统称为字节流。字节流是程序中最常用的流，根据数据的传输方向可将其分为字节输入流和字节输出流。在JDK中，提供了两个抽象类InputStream和OutputStream，它们是字节流的顶级父类，所有的字节输入流都继承自InputStream，所有的字节输出流都继承自OutputStream。

注意:以上所说的所有”输入”、”输出”都是相对于程序而言。数据通过输入流从源设备输入到程序，通过输出流从程序输出到目标设备，从而实现数据的传输。

1.2字节输入流(InputStream)

常用方法:

• int read();从输入流读取一个8位的字节，把它转换成0~255之间的整数，并返回这一整数。
• int read(byte[] b);从输入流读取若干字节，把它们保存到参数b指定的字节数组中，返回的整数表示读取字节数。
• int read(byte[] b,int off,int len);从输入流读取若干字节，把它们保存到参数b指定的字节数组中，off指定字节数组开始保存数据的起始下标，len表示读取的字节数目。
• void close();关闭此输入流并释放与该流关联的所有系统资源。

前三个read()方法都是用来读数据的，其中，第一个read()方法是从输入流中逐个读入字节，而第二个和第三个read()方法则将若干字节以字节数组的形式一次性读入，从而提高读数据的效率。在进行IO流操作时，当前IO流会占用一定的内存，由于系统资源宝贵，因此，在IO流操作结束后，应该调用close()方法关闭流，从而释放当前IO流所占的系统资源。

Demo:读取文件text.txt中的内容

import java.io.*;
public class Example{
	public static void main(String[] args){
		FileInputStream in=new FileInputStream("text.txt");
		int b;//定义一个int类型的变量，记住每次读取的一个字节。
		while((b=in.read())!=-1)
		{
			System.out.prinln(b);//逐个打印出读取的每一个字节
		}
		in.close();
	}
}

1.3字节输出流(OutputStream)

常用方法:

• void write(int b);向输出流写入一个字节。
• void write(byte[] b);把参数b指定的字节数组的所有字节写到输出流。
• void write(byte[] b,int off,int len);将指定byte数组中从偏移量off开始的len个字节写入输出流。
• void flush();刷新此输出流并强制写出所有缓冲的输出字节。
• void close();关闭此输出流并释放与此流相关的所有系统资源。

前三个是重载的write()方法，都是用于向输出流写入字节，其中，第一个方法逐个写入字节，后两个方法是将若干个字节以字节数组的形式一次性写入，从而提高写数据的效率。flush()方法用来将当前输出流缓冲区(通常是字节数组)中的数据强制写入目标设备，此过程称为刷新。close()方法是用来关闭流并释放与当前IO流相关的系统资源。

Demo:将字符串(首先要将字符串转换为字节)写入到文件中

import java.io.*;
public class Example{
	public static void main(String[] args){
		FileOutputStream out=new FileOutputStream(目标文件的路径);
		String str="hello world";
		byte[] b=str.getBytes();//字符串调用getBytes()方法即可转换成字节数组。
		for(int i=0;i<b.length;i++)
		{
			out.write(b[i]);
		}
		out.close();
	}
}

InputStream和OutputStream这两个类虽然提供了一系列和读写数据有关的方法，但是这两个类都是抽象类，不能被实例化。因此，针对不同的功能，二者提供了不同的子类。

1.4代码示例

下面这个例子通过对文件的复制来讲解InputStream和OutputStream的用法。

import java.io.*;
public class Example{
	 public static void main(String[] args){
	 	String fileName="/Users/codingBoy/Desktop/example1.jpg";//源文件路径
	 	String fileName2="/Users/codingBoy/Desktop/example2.jpg";//目标文件路径
	 	InputStream in=null;
	 	OutputStream out=null;
	 	try {
	 		in = new FileInputStream(fileName);
	 		out = new FileOutputStream(fileName2);
	 		int b;
	 		while ((b = in.read())!= -1) {
	 			out.write(b);
	 		}
		 }catch (Exception e)
		 {
		 	throw new RuntimeException(e);
 		 }finally {
		 	try {
		 		if (in != null) in.close();
				if (out!=null) out.close();
 			}catch (Exception e)
 			{
	 			throw new RuntimeException(e);
			}
 		}
    }
   }

1.5字节缓冲流

上面的例子实现了对文件的复制，但是一个字节一个字节的读写，需要频繁的操作文件，效率非常低。为了提高效率，需要使用两个带缓冲的字节流，分别是BufferedInputStream和BufferedOutputStream,它们两个同时也属于上文JavaWeb学习笔记之Jdbc二中讲到的装饰流。下面通过增加字节缓冲流来对上述例子进行变动:

Demo:

import java.io.*;
public class Example{
	 public static void main(String[] args){
		String fileName="/Users/codingBoy/Desktop/example1.jpg";//源文件路径
	 	String fileName2="/Users/codingBoy/Desktop/example2.jpg";//目标文件路径
	 	InputStream in=null;
	 	OutputStream out=null;
	 	BufferedInputStream bis=null;
	 	BufferedOutputStream bos=null;
	 	try {
	 		in = new FileInputStream(fileName);
	 		bis = new BufferedInputStream(in);//将输入流对象作为参数传递给输入缓冲流
	 		out = new FileOutputStream(fileName2);
	 		bos = new BufferedOutputStream(out);
	 		
	 		int len;
	 		while((len=bis.read())!=-1)		 		{
	 			bos.write(len);
	 		}
	 	catch (Exception e)
		 {
		 	throw new RuntimeException(e);
 		 }finally {
		 	try {
		 		if (in != null) in.close();
		 		if (bis!=null) bis.close();
				if (out!=null) out.close();
				if (bos!=null) bos.close();
 			}catch (Exception e)
 			{
	 			throw new RuntimeException(e);
			}
 		}
    }
   }

2.字符流

2.1定义

前面我们讲过的InputStream和OutputStream类在读写文件时操作的都是字节，如果希望在程序中操作字符，使用这两个类就不太方便，为此JDK提供了字符流。同字节流一样，字符流也有两个抽象的顶级父类，分别是Reader和Writer。其中Reader是字符输入流，用于从某个源设备读取字符，Writer是字符输出流，用于向某个目标设备写入字符。其API跟字节流的类似。

2.2输入字符流(Reader)

Demo:读取reader.txt中的字符串

import java.io.*;
public class Example{
	 public static void main(String[] args){
	 	FileReader reader=new FileReader("reader.txt");
	 	int ch;
	 	while((ch=reader.read())!=-1)
	 	{
	 		System.out.println((char)ch);//通过read()方法读取到的是int类型的值，所以需要进行强制转换。
	 	}
	 	reader.close();
	 }
}

2.3输出字符流(Writer)

Demo:将字符串输出到目标文件中

import java.io.*;
public class Example{
	public static void main(String[] args){
		FileWrite out=new FileWrite(目标文件的路径);
		String str="hello world";
		
		out.write(str);
		out.close();
	}
}

2.4字符缓冲流

字符流同样提供了带缓冲区的包装流，分别是BufferedWriter和BufferedReader,其中BufferedReader用于对字符输入流的包装，BufferedWriter用于对字符输出流的包装。需要注意的是，在BufferedReader中有一个重要的方法readLine()，该方法用于一次读取一行文本。接下来通过一个例子学习如何使用这两个包装流实现文件的复制。

import java.io.*;
public class Example{
	 public static void main(String[] args){
	 	String fileName="/Users/codingBoy/Desktop/example1.jpg";//源文件路径
	 	String fileName2="/Users/codingBoy/Desktop/example2.jpg";//目标文件路径
	 	Reader reader=null;
	 	BufferedReader bf=null;
	 	Writer writer=null;
	 	BufferedWriter bw=null;
	 	try {
	 		reader = new Reader(fileName);
	 		br=new BufferedReader(reader);
	 		writer = new Writer(fileName2);
	 		bw=new BufferedWriter(writer);
	 		String str;
	 		while ((str = bf.readLine())!= null) {
	 			bw.write(str);
	 			bw.newLine();//写入一个换行符，该方法会根据不同的操作系统生成相应的换行符。
	 		}
		 }catch (Exception e)
		 {
		 	throw new RuntimeException(e);
 		 }finally {
		 	try {
		 		if (reader != null) reader.close();
		 		if (br !=null) br.close();
				if (writer!=null) writer.close();
				if (bw !=null) bw.close();
 			}catch (Exception e)
 			{
	 			throw new RuntimeException(e);
			}
 		}
    }
   }

3.转换流

前面提到IO流可分为字节流和字符流，有时字节流和字符流之间也需要进行转换。在JDK中提供了两个类可以将字节流转换为字符流，它们分别是InputStreamReader和OutputStreamWriter。

转换流也是一种包装流，其中OutputStreamWriter是Writer的子类，它可以将一个字节输出流包装成字符输出流，方便直接写入字符，而InputStreamReader是Reader的子类，它可以将一个字节输入流包装成字符输入流，方便直接读取字符。

Demo:将字节流转换为字符流

import java.io.*;
public class Example{
	 public static void main(String[] args){
	 	String fileName="/Users/codingBoy/Desktop/example1.jpg";//源文件路径
	 	String fileName2="/Users/codingBoy/Desktop/example2.jpg";//目标文件路径
	 	InputStreamReader isr=new InputStreamReader(new FileInputStream(fileName1));
	 	BufferedReader br=new BufferedReader(isr);
	 	
	 	OutputStreamWriter osw=new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(fileName2));
	 	BufferedWriter bw=new BufferedWriter(osw);
	 	
	 	String line;
	 	while((line=br.readLine())!=null)
	 	{
	 		bw.write(line);
	 	}
	 	
	 	br.close();
	 	bw.close();
	 }
}

4.其他IO流

4.1ByteArrayInputStream和ByteArrayOutputStream

在前面的学习中，都是将文件直接存储到硬盘，但有时候我们希望将文件临时存储到缓冲区，方便以后读取。为此JDK中提供了一个ByteArrayOutputStream类。该类会在创建对象时就创建一个byte型数组的缓冲区，当向数组中写数据时，该对象会把所有的数据先写入缓冲区，最后一次行写入文件。
Demo:将数据写入缓冲区

import java.io.*;
public class Example{
	 public static void main(String[] args){
	 	String fileName1="/Users/codingBoy/Desktop/example1.jpg";//源文件路径
	 	String fileName2="/Users/codingBoy/Desktop/example2.jpg";//目标文件路径
	 	FileInputStream in=new FileInputStream(fileName1);
	 	ByteArrayOutputStream bos=new ByteArrayOutputStream();
	 	FileOutputStream out=new FileOutputStream(fileName2);
	 	
	 	int b;
	 	while((b=in.read())!=-1)
	 	{
	 		bos.write(b);//先将数据写入缓冲区，当需要写入目标文件中的时候再调用输出流的write(bos.toByteArray())方法。
	 	}
	 	
	 	in.close();
	 	bos.close();
	 	out.write(bos.toByteArray());
	 	out.close();
}

在该例中，定义了一个ByteArrayOutputStream对象，将从fileName1文件中读取的字节全部写入该对象的缓冲区，通过FileOutputStream对象将缓冲区的数据一次性写入fileName2文件。

与ByteArrayOutputStream类似，ByteArrayInputStream是从缓冲区中读取数据，接下来通过一个案例来演示ByteArrayInputStream如何读取缓冲区的数据。

Demo:

import java.io.*;
public class Example{
	 public static void main(String[] args){
	 	byte[] bytes=new byte[]{97,98,99,100};
	 	ByteArrayInputStream bis=new ByteArrayInputStream(bytes);
	 	
	 	int b;
	 	while((b=bis.read())!=-1)
	 	{
	 		System.out.println((char)b);
	 	}
}

2018.3.19更

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