Java核心類庫——IO原理和用法

編程中最沒用的東西是源代碼，最有用的東西是算法和數據結構

Java IO流(InputStream/OutputSteam)

什麼是IO流？
 byte序列的讀寫，Java中的IO流是實現輸入/輸出的基礎.
1)
InputStream ： 抽象類讀取數據的過程  包含讀取方法read();
  in 模仿了讀取小說的過程

 簡單說  ：  in是讀取文件的

OutputStream:抽象了寫出數據的過程  包含寫出方法write();
 out模仿了寫筆記記錄的過程

 簡單說  ： out是寫入文件的

 

基本的byte流
InputStream(抽象方法read())
 |--- FileInputStream(read()在文件上讀取)   節點流
 |
 |--- FilterInputStream 過濾器流,輸入流功能的擴展
 |   |--- DataInputStream(readInt())  基本類型數據的讀取
 |   |--- BufferedInputStream 提供讀取緩衝區管理
 | --- ObjectInputStream   過濾器流,依賴基本byte流,擴展對象的反序列化

OutputStream(抽象方法write()) 
 |--- FileOutputStream(write()在文件上寫實現寫入)   節點流
 |
 |--- FilterOutputStream 過濾器流,輸出流功能的擴
 |    |--- DataOutputStream(writerInt())  基本類型數據的寫出
 |    |--- BufferedOutputStream 提供了輸出緩衝區管理
 | --- ObjectOutputStream 過濾器流,依賴基本byte流,擴展對象的序列化

注意:除節點流外都是過濾器流

字符流,可以處理字符編碼,底層依賴於byte流
Reader 讀取文本
     | --- InputStreamReader  過濾去,依賴基本byte輸入流
     |      實現文本編碼的解析
     |
     | --- BufferedReader 過濾器, 需要依賴Reader 實例
     |    提供了readLine()方法, 可以在文本文件中讀取一行
     |    是常用的文本讀取方法   
Writer
     | --- OutputStreamWriter  過濾器,,依賴基本byte輸出流
     |        實現文本編碼
     | --- PrintWriter  過濾器,依賴於Writer 流
     |                       提供了輸出文本常有方法println()

 

2)  EOF =  End of File = -1 (文件讀到末尾會返回-1)

3)  輸入流的基本方法  
 InputStream in = new InputStream(file) / /file是文件名
 int b  = in.read();      讀取一個byte無符號填充到int底八位,-1是EOF
 int.read(byte[] buf)    讀取數據填充到buf中
 int.read(byte[] buf,int start,int size)  讀取數據填充到buf中
 in.close      關閉輸入流

4)輸出流的基本方法:
 OutputStream out = new OutputStream(file) / /file是文件名
 out.write(int b)     寫出一個byte 到流 b 的底八位寫出
 out.write(byte[] buf)    將buf的一部分寫入流中
 out.write(byte[] buf, int start, int size)  將buf的一部分寫入流中
 out.flush()      清理緩存
 out.close

1.FileInputStream (read()在文件上讀取)   節點流
方法:  read()     　　　　從輸入流中讀取數據的下一個字節
  　　 read(byte[] buf)  從輸入流中讀取一定數量的字節，並將其存儲在緩衝區數組 buf中 
 　　  read(byte[] b, int off, int len) 將輸入流中最多 len 個數據字節讀入 byte 數組。
例

 1 import java.io.FileInputStream;
 2 import java.io.IOException;
 3 import java.io.InputStream;
 4 
 5 public class InputStreamDemo {
 6  public static void main(String[] args) 
 7   throws IOException {
 8   String file = "out.txt";
 9   InputStream in = new FileInputStream(file);
10   int b;
11   while((b=in.read())!=-1){//read()方法
12    System.out.print(Integer.toHexString(b) + " ");
13   }
14   in.close();
15   
16   in = new FileInputStream(file);
17   //in.available() 可以讀取的數據個數，小文件一般是文件長度
18   byte[] buf = new byte[in.available()];
19   in.read(buf);//read(byte[] buf)方法重載
20   in.close();
21   for (byte c : buf) {
22    System.out.print(Integer.toHexString(c & 0xff) + " ");
23    // c & 0xff --->將16進制寫成0xff的格式
24    //ffffffd6---> d6
25    //11111111 11111111 11111111 11010110  &對應相乘
26    //00000000 00000000 00000000 11111111  0xff
27    //00000000 00000000 00000000 11010110
28   }
29  }
30 }

 

2  FileOutputStream(write()在文件上寫實現寫入)   節點流
方法 :write(int b)  將指定的字節寫入此輸出流。
 write(byte[] buf)   將 b.length 個字節從指定的 byte 數組寫入此輸出流。
 write(byte[] b, int off, int len) 將指定 byte 數組中從偏移量 off 開始的 len 個字節寫入此輸出流。
例子

 1 import java.io.*;
 2 
 3 public class OutputStreamDemo {
 4  public static void main(String[] args) 
 5  throws IOException{
 6   String file = "out.txt";
 7   OutputStream out = new FileOutputStream(file);
 8   out.write(65);//在文件中是以16進制存儲的,對應0x41
 9   out.write(66);//0x42
10   byte[] buf = {(byte)0xd6,(byte)0xd0};
11   out.write(buf);
12   out.flush();//刷出緩存，清理緩衝區，保證可靠寫 
13   out.close();
14  }
15 }

 

3.BufferedInputStream和BufferedOutputStream 的 用法

BufferedInputStream(FileInputStream in) 
BufferedOutputStream(FileOutputStream out)
可以提高性能
例子

 1 import java.io.BufferedInputStream;
 2 import java.io.BufferedOutputStream;
 3 import java.io.FileInputStream;
 4 import java.io.FileOutputStream;
 5 import java.io.IOException;
 6 import java.io.InputStream;
 7 
 8 public class BufferedStreamDemo {
 9  public static void main(String[] args) throws IOException {
10   //BufferedInputStream普通寫法
11   String file = "out.txt";
12   InputStream ins = new FileInputStream(file);
13   BufferedInputStream bufin= new BufferedInputStream(ins);
14   int b;
15   while((b=bufin.read())!=-1){
16    System.out.println(Integer.toHexString(b));
17   }
18   //常用寫法，只要用到FileInputStream的地方都可以套一個BufferedInputStream用來提升性能
19   BufferedInputStream in = new BufferedInputStream(
20     new FileInputStream("out.txt"));
21   
22   //BufferedOutputStream
23   BufferedOutputStream out = new BufferedOutputStream(
24     new FileOutputStream("out.txt"));
25   out.write(65);
26  }
27 }

 

4.基本類型數據的寫出和讀入
DataOutputStream  方法:readInt()  readLong()  readBoolean()等
寫出(寫)

 1 例子
 2 import java.io.*;
 3 public class DataOutDemo {
 4  public static void main(String[] args)
 5   throws IOException{ 
 6   String file = "data.dat";//項目文件夾
 7   OutputStream out = new FileOutputStream(file);
 8   //DataOutputStream 實現基本類型數據的序列化
 9   //將基本類型數據拆開爲byte序列，寫入到out流中
10   DataOutputStream dos = new DataOutputStream(out);
11   dos.write(-2);
12   dos.writeInt(-2);
13   dos.writeLong(-2);
14   dos.writeByte(-2);
15   dos.writeDouble(-2);
16   dos.writeShort(-2);
17   dos.writeFloat(-2);
18   dos.writeBoolean(true);
19   dos.writeChar('中');
20   dos.close();
21 
22  }
23 }

 

DataInputStream   方法:  writeInt()  writeChar() 等8種
讀入(讀)

 1 import java.io.DataInputStream;
 2 import java.io.FileInputStream;
 3 import java.io.IOException;
 4 import java.io.InputStream;
 5 
 6 public class DataInDemo {
 7  public static void main(String[] args) 
 8   throws IOException{
 9   
10   String file = "data.dat";
11 
12   InputStream in = new FileInputStream(file);
13   //DataInputStream 從基本流中讀取基本類型數據,實現基本
14   //類型數據的反序列化
15   DataInputStream dis = new DataInputStream(in);
16   int b = dis.read();
17   int i = dis.readInt();
18   long l= dis.readLong();
19   byte bx = dis.readByte();
20   double d = dis.readDouble();
21   short s = dis.readShort();
22   float f = dis.readFloat();
23   boolean bol = dis.readBoolean();
24   char c = dis.readChar();
25   dis.close();
26   System.out.print( b +" ");//254  fe
27   System.out.print(i+" ");
28   System.out.print(l+" ");
29   System.out.print(bx+" ");
30   System.out.print(d+" ");
31   System.out.print(s+" ");
32   System.out.print(f+" ");
33   System.out.print(bol+" ");
34   System.out.print(c+" ");
35   
36  }
37 }

 

 

5 字符串的序列化(文字的編碼方案)
 從char序列到byte序列 的轉換,叫"編碼"
 1) String 字符串本質上是Char
 
 2)utf-16be 編碼-----將16位char從中間切開爲2個byte
     utf -16be是將 unicode char[] 序列化爲byte[]的編碼方案
     能夠支持65535個字符編碼,英文浪費空間

 如:
 char[] = ['A',    'B',    '中']
  對應　    0041,0042,4e2d

 utf-8:國際標準,是將unicode編碼爲byte序列的方案,採用變長編碼 1-N方案,其中英文1個byte,中文3個byte
   unicoded的" 中": 4e 2d = 01001110 00101101
    utf-8的"中":e4 b8 ad =11100100 10111000 10101101
        1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

 以0開頭的是英文(0-127)
 110表示連續2字節表示一個字符
 1110表示連續3字節表示一個字符
 每個數據字節以10開頭

GBK: 中國標準,支持20000+中日韓文,英文編碼1byte,中文2byte
 與unicode不兼容，中文windows默認gbk

ISO8859-1:只支持255個英文字符，不支持中文（Sun服務器默認編碼，如tomcat等）

例子

 1 import java.io.FileOutputStream;
 2 import java.io.IOException;
 3 import java.io.OutputStream;
 4 
 5 public class CharIODemo {
 6  public static void main(String[] args) 
 7   throws IOException{
 8   String str = "ABCD中國";
 9   System.out.println(str);
10   //Java 的字符是16位 Unicode值，而文件是8位Byte序列
11   
12   //GBK
13   System.out.println("GBK編碼方案,對字符編碼");
14   String file = "gbk.txt";
15   OutputStream out = new FileOutputStream(file);//默認GBK編碼方案
16   byte[] gbk = str.getBytes("GBK");
17   out.write(gbk);
18   out.close();
19   IOUtils.print(file);
20   //UTF-16BE,每個編碼是2個字節
21   System.out.println("UTF-16BE編碼方案,對字符編碼");
22   file = "utf-16be.txt";
23   out = new FileOutputStream(file);
24   byte[] utf16be = str.getBytes("UTF-16BE");
25   out.write(utf16be);
26   out.close();
27   IOUtils.print(file);
28   
29   //UTF-8,英文是1個字節,中文是3個字節
30   System.out.println("UTF-8編碼方案,對字符編碼");
31   file = "utf-8.txt";
32   out = new FileOutputStream(file);
33   byte[] utf8 = str.getBytes("UTF-8");//編碼string -> byte[]
34   out.write(utf8);
35   out.close();
36   IOUtils.print(file);
37   
38   byte[] buf = IOUtils.read("utf-8.txt");
39   //new String(buf,"UTF-8"),構造器可以將　byte編碼序列
40   //解碼爲 char序列(字符串)
41   String s = new String(buf,"UTF-8");//解碼byte-> String
42   System.out.println(s);
43  }
44 }

 

6 字符流IO(Reader Writer)
1) 字符的處理,一次處理一個字符(unicode編碼)
2) 字符的底層仍然是基本的字節流
3) 字符流的基本實現
 InputStreamReader 完成byte流解析爲char流,按照編碼解析
 OutputStreamWriter 提供char流到byte流,按照編碼處理
4) 字符流的過濾器
    是字符讀寫的功能擴展,極大的方便了文本的讀寫操作
    BufferedReader : readLine()   一次讀取一行
    PrintWriter :　println()  一次打印一行
5)讀取一個文本文件
 InputStream is = new FileInputStream("test.txt");
 Reader in = new InputStreamReader(is);
 BufferedReader reader = new BufferedReader(in);
 或者
 BufferedReader in = new BufferedReader(new FileReader(filename));

例子:

 1 import java.io.BufferedInputStream;
 2 import java.io.BufferedReader;
 3 import java.io.FileInputStream;
 4 import java.io.IOException;
 5 import java.io.InputStreamReader;
 6 
 7 public class TestReaderDemo {
 8  public static void main(String[] args) 
 9   throws IOException{
10   //Scanner BufferedReader都是流的功能擴展，是過濾器
11   // 不能單獨使用，最終需要依賴於基本byte流(in)
12   //Scanner 提供了nextLine()方法//Java5以後
13   //BufferedReader 提供了 readLine()方法，讀取一行
14   //readLine()讀取到文件末尾返回null
15   
16   //逐行讀取文本文件，顯示到系統控制檯
17   //工作中常用
18   String file = "in.txt"; //爲當前工作區workspace/項目名/in.txt
19   BufferedReader in = new BufferedReader(
20     new InputStreamReader(
21       new BufferedInputStream(
22         new FileInputStream(file)),"gbk"));
23   String str;
24   while((str = in.readLine()) != null){
25    System.out.println(str);
26   }
27   in.close();
28  }

 

6)寫出一個文本文件
 PrintWriter out = new PrintWriter(new FileWriter(new FileOutputStream(filename)));
 或者
 PrintWriter out = new PrintWriter(
     new OutputStreamWriter(
      new FileOutputStream(filename)))
例子

 1 import java.io.IOException;
 2 import java.io.PrintWriter;
 3 import java.util.Scanner;
 4 
 5 public class SyncWriteDemo {
 6  public static void main(String[] args) 
 7   throws IOException{
 8   Scanner in = new Scanner(System.in);
 9   String file = "sync.txt";
10   PrintWriter out = new PrintWriter(file,"UTF-8");
11   while(true){
12    String str = in.nextLine();
13    out.println(str);
14    if("q".equalsIgnoreCase(str)){
15     break;
16    }
17   }
18   out.close();
19  }
20 }

 

7)系統的默認編碼,中文一般是GBK
如何查看默認編碼？

String encoding = System.getProperty("file.encoding");

 

7 對象的IO序列化和深層複製

什麼是對象序列化:
 將對象Object轉換爲byte序列,反之叫做對象的反序列華
1)序列化流,是過濾流
 ObjectOutputStream   方法 writeObject()  對象的序列化
 ObjectInputStream     方法readObject()  對象的反序列化
2)序列化接口(Serializable)

　　 對象必須實現"序列化接口Serializable"才能進行序列化,否則將出現不能序列化的異常
 Serializable是一個空的接口,沒有任何方法 ,僅作爲序列化的一個標識

3)JavaBean 規範規定,Java類必須實現Serializable接口

　　 Java API中的類大多是符合Java Bean規範的,基本都實現了Serializable

4) 對象的序列化可以變相實現對象的深層複製
例子

 1 import java.io.BufferedInputStream;
 2 import java.io.BufferedOutputStream;
 3 import java.io.FileInputStream;
 4 import java.io.FileOutputStream;
 5 import java.io.ObjectInputStream;
 6 import java.io.ObjectOutputStream;
 7 import java.io.Serializable;
 8 
 9 public class ObjectIODemo {
10  public static void main(String[] args) 
11   throws Exception{
12   String file = "obj.dat";
13   ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(
14     new BufferedOutputStream(
15       new FileOutputStream(file)));
16   Foo foo =new Foo();
17   out.writeObject(foo);//將foo引用的對象，序列化到文件中
18   out.close();
19   
20   //讀出
21   ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(
22     new BufferedInputStream(
23       new FileInputStream(file)));
24   Foo foo1 = (Foo)in.readObject();//對象反序列化
25   in.close();
26   System.out.println(foo1.name);
27 
28   System.out.println("深層複製：對象被複制，對象屬性也被複制");
29   System.out.println(foo==foo1);//false 對象複製了(一層)
30   System.out.println(foo.name == foo1.name);//false ,屬性被複制了(二層)
31   //利用序列化 和 反序列化  可以簡潔的實現 對象的深層複製
32  }
33 
34 }
35 class Foo implements Serializable{//Serializable沒有聲明方法
36  String name = "Tom";
37 }

 

淺層複製與深層複製
1)java的默認規則是淺層複製,性能好,但隔離性差,如(clone(),Arrays.copyOf)
 淺層複製 : 對象的引用不同,但對象中屬性的引用相同
2)利用序列化可以實現深層複製
 深層複製: 對象的引用不同,但對象中的屬性的引用也不相同
例

 1 import java.io.ByteArrayInputStream;
 2 import java.io.ByteArrayOutputStream;
 3 import java.io.ObjectInputStream;
 4 import java.io.ObjectOutputStream;
 5 
 6 public class DeepcopyDemo {
 7  public static Object deepCope(Object obj){
 8   try{
 9    //1. 對象序列化
10    // 緩衝流: 字節數組輸出流
11    ByteArrayOutputStream buf =
12     new ByteArrayOutputStream();
13    //對象輸出流
14    ObjectOutputStream out = 
15     new ObjectOutputStream(
16       new ByteArrayOutputStream());
17    
18    out.writeObject(obj);//序列化對象到buf中
19    out.close();
20    
21    //2 .對象的反序列化
22    byte[] ary = buf.toByteArray();
23    ByteArrayInputStream bais = 
24     new ByteArrayInputStream(ary);
25    ObjectInputStream in = 
26     new ObjectInputStream(bais);
27    Object o = in.readObject();//從ary反序列化
28    in.close();
29    return o;
30    
31   }catch(Exception e){
32    e.printStackTrace();
33    throw new RuntimeException(e);
34   }
35  }
36 }

 

以上用到的ByteArrayInputStream和ByteArrayOutputStream

下面有一個ByteArrayInputStream和ByteArrayOutputStream的例子

例子

 1 import java.io.ByteArrayInputStream;
 2 import java.io.ByteArrayOutputStream;
 3 import java.io.IOException;
 4 import java.util.Arrays;
 5 
 6 import com.tarena.day18.IOUtils;
 7 
 8 public class ByteArrayIODemo {
 9  public static void main(String[] args) 
10   throws IOException{
11   byte[] ary = {1,-1,127,-128};
12   //   {00000001, 11111111, 01111111, 10000000}
13   ByteArrayInputStream in = new ByteArrayInputStream(ary);
14   int b = in.read();//1 00000000 00000000 00000000 00000001
15   System.out.println(b);
16   b = in.read();
17   System.out.println(b);//255   00000000 00000000 00000000 11111111
18   b = in.read();   
19   System.out.println(b);//127   00000000 00000000 00000000  01111111
20   b = in.read();
21   System.out.println(b);//128   00000000 00000000 00000000  10000000
22   b = in.read();
23   System.out.println(b);//-1    11111111  11111111  11111111  11111111
24   in.close();
25   
26   ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();//默認開闢32byte的數組作爲輸出目標
27   //如果滿了就自動擴容
28   //out:[0,0,0,0,0,0,0,.....]
29   //
30   out.write(1);//[1,0,0,0,0,0,....]
31   out.write(-2);//[1,fe,0,0,0,0,0,....]
32   out.write(-1);//[1,fe,ff,0,0,0,0,....]
33   out.close();
34   byte[] buf = out.toByteArray();//複製有效部分
35   IOUtils.print(buf);//[01, fe, ff ]
36  }
37 
38 }
39 
40 
41