Java中IO流

Java中IO流分成兩大類,

       一種是輸入流,所有的輸入流都直接或間接繼承自InputStream抽象類,輸入流作爲數據的來源,我們可以通過輸入流的read方法讀取字節數據;

       另一種是輸出流,所有的輸出流都直接或間接繼承自OutputStream抽象類,輸出流接收數據,可以通過write方法寫入字節數據。

 

       Java的IO流類中,大部分的輸入流和輸出流都是成對存在的,即如果存在XXXInputStream,那麼就存在XXXOutputStream,反之亦然。SequenceInputStream和StringBufferInputStream是特例,沒有對應的SequenceOutputStream類和StringBufferOutputStream類,許多IO操作都可能會拋出IOException異常,比如read、write、close操作。

以下是Java的IO流中常見的輸入流,由於每個輸入流都有其對應的輸出流,所以此處就不再列出輸出流的繼承結構圖。

 

 

1、ByteArrayInputStream & ByteArrayOutputStream:

       ByteArrayInputStream構造函數中需要傳入一個byte數組作爲數據源,當執行read操作時,就會從該數組中讀取數據,正如其名,是一種基於字節數組實現的一種簡單輸入流,顯而易見的是,如果在構造函數中傳入了null作爲字節數據,那麼在執行read操作時就會出現NullPointerException異常,但是在構造函數初始化階段不會拋出異常;與之相對應的是ByteArrayOutputStream,其內部也有一個字節數組用於存儲write操作時寫入的數據,在構造函數中可以傳入一個size指定其內部的byte數組的大小,如果不指定,那麼默認它會將byte數組初始化爲32字節,當持續通過write向ByteArrayOutputStream中寫入數據時,如果其內部的byte數組的剩餘空間不能夠存儲需要寫入的數據,那麼那麼它會通過調用內部的ensureCapacity方法對其內部維護的byte數組進行擴容以存儲所有要寫入的數據,所以不必擔心其內部的byte數組太小導致的IndexOutOfBoundsException之類的異常。

2、FileInputStream & FileOutputStream

       FileInputStream 能夠將文件作爲數據源,讀取文件中的流,通過File對象或文件路徑等初始化,在其構造函數中,如果傳入的File對象(或與其相對應的文件路徑所表示的File對象)不存在或是一個目錄而不是文件或者由於其他原因無法打開讀取數據,都會導致在初始化階段導致拋出FileNotFoundException異常;與FileInputStream 相對應的是FileOutputStream,可以通過FileOutputStream向文件中寫入數據,也需要通過File對象或文件路徑對其初始化,如同FileInputStream ,如果傳入的File對象(或與其相對應的文件路徑所表示的File對象)是一個目錄而不是文件或者由於其他原因無法創建該文件寫入數據,都會導致在初始化階段拋出FileNotFoundException異常。

3、PipedInputStream & PipedOutputStream

       PipedInputStream和PipedOutputStream一般是結合使用的,這兩個類用於在兩個線程間進行管道通信,一般在一個線程中執行PipedOutputStream 的write操作,而在另一個線程中執行PipedInputStream的read操作。可以在構造函數中傳入相關的流將PipedInputStream 和PipedOutputStream 綁定起來,也可以通過二者的connect方法將二者綁定起來,一旦二者進進行了綁定,那麼PipedInputStream的read方法就會自動讀取PipedOutputStream寫入的數據。PipedInputStream的read操作是阻塞式的,當執行PipedOutputStream的write操作時,PipedInputStream會在另一個線程中自動讀取PipedOutputStream寫入的內容,如果PipedOutputStream一直沒有執行write操作寫入數據,那麼PipedInputStream的read方法會一直阻塞PipedInputStream的read方法所運行的線程直至讀到數據。單獨使用PipedInputStream或單獨使用PipedOutputStream時沒有任何意義的,必須將二者通過connect方法(或在構造函數中傳入對應的流)進行連接綁定,如果單獨使用其中的某一個類,就會觸發IOException: Pipe Not Connected.

4、ObjectInputStream & ObjectOutputStream

       ObjectOutputStream具有一系列writeXXX方法,在其構造函數中可以摻入一個OutputStream,可以方便的向指定的輸出流中寫入基本類型數據以及String,比如writeBoolean、writeChar、writeInt、writeLong、writeFloat、writeDouble、writeCharts、writeUTF等,除此之外,ObjectOutputStream還具有writeObject方法。writeObject方法中傳入的類型必須實現了Serializable接口,從而在執行writeObject操作時將對象進行序列化成流,並將其寫入指定的輸出流中。與ObjectOutputStream相對應的是ObjectInputStream,ObjectInputStream有與OutputStream中的writeXXX系列方法完全對應的readXXX系列方法,專門用於讀取OutputStream通過writeXXX寫入的數據。

5、SequenceInputStream

       SequenceInputStream 主要是將兩個(或多個)InputStream在邏輯上合併爲一個InputStream,比如在構造函數中傳入兩個InputStream,分別爲in1和in2,那麼SequenceInputStream在讀取操作時會先讀取in1,如果in1讀取完畢,就會接着讀取in2。在我們理解了SequenceInputStream 的作用是將兩個輸入流合併爲一個輸入流之後,我們就能理解爲什麼不存在對應的SequenceOutputStream 類了,因爲將一個輸出流拆分爲多個輸出流是沒有意義的。

6、StringBufferInputStream

       StringBufferInputStream允許通過在構造函數中傳入字符串以讀取字節,在讀取時內部主要調用了String的charAt方法。與SequenceInputStream類似,StringBufferInputStream也沒有對應的OutputStream,即不存在StringBufferOutputStream類。Java沒有設計StringBufferOutputStream類的理由也很簡單,我們假設StringBufferOutputStream存在,那麼StringBufferOutputStream應該是內部通過執行write操作寫入數據更新其內部的String對象,比如有可能是通過StringBuilder來實現,但是這樣做毫無意義,因爲一旦我們String的構造函數中可以直接傳入字節數組構建字符串,簡單明瞭,所以設計StringBufferOutputStream就沒有太大的必要了。StringBufferInputStream這個類本身存在一點問題,它不能很好地將字符數組轉換爲字節數組,所以該類被Java標記爲廢棄的(Deprecated),其官方推薦使用StringReader作爲代替。

7、FilterInputStream & FilterOutputStream

       FilterInputStream包含了其他的輸入流,說具體點就是在其構造函數中需要傳入一個InputStream並將其保存在其名爲in的字段中,FilterInputStream只是簡單的覆蓋了所有的方法,之所說是簡單覆蓋是因爲在每個覆蓋函數中,它只是調用內部的保存在in字段中的InputStream所對應的方法,比如在其覆蓋read方法時,內部只是簡單調用了in.read()方法。FilterInputStream的子類可以進一步覆蓋某些方法以保持接口不變的情況下實現某一特性(比如其子類有的可以通過使用緩存優化讀取的效率)或者提供一些其他額外的實用方法。所以在使用時FilterInputStream可以讓傳入的InputStream具有一些額外的特性,即對構造函數傳入的InputStream進行了一層包裹,使用了典型的裝飾着模式,如果只看FilterInputStream本身這一個類的話,則該類自己本身意義不大,因爲其只是通過內部的字段in簡單覆寫某些方法。但是如果將FilterInputStream 和其子類結合起來使用話,那麼就很有用了。比如FilterInputStream 有兩個子類BufferedInputStream和DataInputStream,這兩個類在下面還會詳細介紹。BufferedInputStream對read操作做了優化,每次讀操作時都讀取一大塊數據,然後將其放入內部維護的一個字節數組緩衝區中。當外面調用BufferedInputStream的read方法時,首先去該緩衝區中讀取數據,這樣就避免了頻繁的實際的讀操作,BufferedInputStream對外沒有暴露額外的其他方法,但是其內部的read方法已經經過優化了,所以在執行讀操作的時候效率更高。DataInputStream與ObjectInputStream有點類似,可以通過一些readXXX方法讀取基本類型的數據,這是非常有用的一些方法。

8、BufferedInputStream & BufferedOutputStream

       如上面所介紹的那樣,在BufferedInputStream的構造函數中需要傳入一個InputStream, BufferedInputStream內部有一個字節數組緩衝區,每次執行read操作的時候就從這buf中讀取數據,從buf中讀取數據沒有多大的開銷。如果buf中已經沒有了要讀取的數據,那麼就去執行其內部綁定的InputStream的read方法,而且是一次性讀取很大一塊數據,以便填充滿buf緩衝區。緩衝區buf的默認大小是8192字節,也就是8K,在構造函數中我們也可以自己傳入一個size指定緩衝區的大小。由於我們在執行BufferedInputStream的read操作的時候,很多時候都是從緩衝區中讀取的數據,這樣就大大減少了實際執行其指定的InputStream的read操作的次數,也就提高了讀取的效率。與BufferedInputStream 相對的是BufferedOutputStream。在BufferedOutputStream的構造函數中我們需要傳入一個OutputStream,這樣就將BufferedOutputStream與該OutputStream綁定在了一起。BufferedOutputStream內部有一個字節緩衝區buf,在執行write操作時,將要寫入的數據先一起緩存在一起,將其存入字節緩衝區buf中,buf是有限定大小的,默認的大小是8192字節,即8KB,當然也可以在構造函數中傳入size指定buf的大小。該buf只要被指定了大小之後就不會自動擴容,所以其是有限定大小的,既然有限定大小,就會有被填充完的時刻,當buf被填充完畢的時候會調用BufferedOutputStream的flushBuffer方法,該方法會通過調用其綁定的OutputStream的write方法將buf中的數據進行實際的寫入操作並將buf的指向歸零(可以看做是將buf中的數據清空)。如果想讓緩存區buf中的數據理解真的被寫入OutputStream中,可以調用flush方法,flush方法內部會調用flushBuffer方法。由於buf的存在,會大大減少實際執行OutputStream的write操作的次數,優化了寫的效率。

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