Java基礎——Java IO詳解

一、概述

1、Java IO

? ? ? ?Java IO即Java 輸入輸出系統。不管我們編寫何種應用，都難免和各種輸入輸出相關的媒介打交道，其實和媒介進行IO的過程是十分復雜的，這要考慮的因素特別多，比如我們要考慮和哪種媒介進行IO（文件、控制臺、網絡），我們還要考慮具體和它們的通信方式（順序、隨機、二進制、按字符、按字、按行等等）。Java類庫的設計者通過設計大量的類來攻克這些難題，這些類就位于java.io包中。

? ? ? ?在JDK1.4之后，為了提高Java IO的效率，Java又提供了一套新的IO，Java New IO簡稱Java NIO。它在標準java代碼中提供了高速的面向塊的IO操作。本篇文章重點介紹Java IO，關于Java NIO請參考我的另兩篇文章：

Java NIO詳解(一)?
Java NIO詳解(二)

2、流

? ? ? ?在Java IO中，流是一個核心的概念。流從概念上來說是一個連續的數據流。你既可以從流中讀取數據，也可以往流中寫數據。流與數據源或者數據流向的媒介相關聯。在Java IO中流既可以是字節流(以字節為單位進行讀寫)，也可以是字符流(以字符為單位進行讀寫)。

3、IO相關的媒介

Java的IO包主要關注的是從原始數據源的讀取以及輸出原始數據到目標媒介。以下是最典型的數據源和目標媒介：

文件
管道
網絡連接
內存緩存
System.in, System.out, System.error(注：Java標準輸入、輸出、錯誤輸出)

二、Java IO類庫的框架

1、Java IO的類型

雖然java IO類庫龐大，但總體來說其框架還是很清楚的。從是讀媒介還是寫媒介的維度看，Java IO可以分為：

? ? ? ?1）輸入流：InputStream和Reader

? ? ? ?2）輸出流：OutputStream和Writer

而從其處理流的類型的維度上看，Java IO又可以分為：

? ? ? ?1）字節流：InputStream和OutputStream

? ? ? ?2）字符流：Reader和Writer

下面這幅圖就清晰的描述了JavaIO的分類：

?	字節流	字符流
輸入流	InputStream	Reader
輸出流	OutputStream	Writer

? ? ? ?我們的程序需要通過InputStream或Reader從數據源讀取數據，然后用OutputStream或者Writer將數據寫入到目標媒介中。其中，InputStream和Reader與數據源相關聯，OutputStream和writer與目標媒介相關聯。以下的圖說明了這一點：

2、IO類庫
? ? ? ?上面我們介紹了Java IO中的四各類：InputStream、OutputStream、Reader、Writer，其實在我們的實際應用中，我們用到的一般是它們的子類，之所以設計這么多子類，目的就是讓每一個類都負責不同的功能，以方便我們開發各種應用。各類用途匯總如下：

文件訪問
網絡訪問
內存緩存訪問
線程內部通信(管道)
緩沖
過濾
解析
讀寫文本 (Readers / Writers)
讀寫基本類型數據 (long, int etc.)
讀寫對象

下面我們就通過兩張圖來大體了解一下這些類的繼承關系及其作用

圖1：java io 類的集成關系

圖2：java io中各個類所負責的媒介

三、Java IO的基本用法

1、Java IO：字節流

? ? ? ?通過上面的介紹我們已經知道，字節流對應的類應該是InputStream和OutputStream，而在我們實際開發中，我們應該根據不同的媒介類型選用相應的子類來處理。下面我們就用字節流來操作文件媒介：

例1，用字節流寫文件

  public static void writeByteToFile() throws IOException{String hello= new String( "hello word!");byte[] byteArray= hello.getBytes();File file= new File( "d:/test.txt");//因為是用字節流來寫媒介，所以對應的是OutputStream //又因為媒介對象是文件，所以用到子類是FileOutputStreamOutputStream os= new FileOutputStream( file);os.write( byteArray);os.close();}

例2，用字節流讀文件

  public static void readByteFromFile() throws IOException{File file= new File( "d:/test.txt");byte[] byteArray= new byte[( int) file.length()];//因為是用字節流來讀媒介，所以對應的是InputStream//又因為媒介對象是文件，所以用到子類是FileInputStreamInputStream is= new FileInputStream( file);int size= is.read( byteArray);System. out.println( "大小:"+size +";內容:" +new String(byteArray));is.close();}

2、Java IO：字符流

? ? ? ?同樣，字符流對應的類應該是Reader和Writer。下面我們就用字符流來操作文件媒介：

例3，用字符流讀文件

  public static void writeCharToFile() throws IOException{String hello= new String( "hello word!");File file= new File( "d:/test.txt");//因為是用字符流來讀媒介，所以對應的是Writer，又因為媒介對象是文件，所以用到子類是FileWriterWriter os= new FileWriter( file);os.write( hello);os.close();}

例4，用字符流寫文件

  public static void readCharFromFile() throws IOException{File file= new File( "d:/test.txt");//因為是用字符流來讀媒介，所以對應的是Reader//又因為媒介對象是文件，所以用到子類是FileReaderReader reader= new FileReader( file);char [] byteArray= new char[( int) file.length()];int size= reader.read( byteArray);System. out.println( "大小:"+size +";內容:" +new String(byteArray));reader.close();}

3、Java IO ：字節流轉換為字符流
? ? ? ?字節流可以轉換成字符流，java.io包中提供的 InputStreamReader類就可以實現，當然從其命名上就可以看出它的作用。其實這涉及到另一個概念，IO流的組合，后面我們詳細介紹。下面看一個簡單的例子：

例5 ，字節流轉換為字符流

  public static void convertByteToChar() throws IOException{File file= new File( "d:/test.txt");//獲得一個字節流InputStream is= new FileInputStream( file);//把字節流轉換為字符流，其實就是把字符流和字節流組合的結果。Reader reader= new InputStreamReader( is);char [] byteArray= new char[( int) file.length()];int size= reader.read( byteArray);System. out.println( "大小:"+size +";內容:" +new String(byteArray));is.close();reader.close();}

4、Java IO ：IO類的組合

? ? ? ?從上面字節流轉換成字符流的例子中我們知道了IO流之間可以組合（或稱嵌套），其實組合的目的很簡單，就是把多種類的特性融合在一起以實現更多的功能。組合使用的方式很簡單，通過把一個流放入另一個流的構造器中即可實現，兩個流之間可以組合，三個或者更多流之間也可組合到一起。當然，并不是任意流之間都可以組合。關于組合就不過多介紹了，后面的例子中有很多都用到了組合，大家好好體會即可。

5、Java IO：文件媒介操作

? ? ? ?File是Java IO中最常用的讀寫媒介，那么我們在這里就對文件再做進一步介紹。

1）File媒介

例6 ，File操作

public class FileDemo {public static void main(String[] args) {//檢查文件是否存在File file = new File( "d:/test.txt");boolean fileExists = file.exists();System. out.println( fileExists);//創建文件目錄,若父目錄不存在則返回falseFile file2 = new File( "d:/fatherDir/subDir");boolean dirCreated = file2.mkdir();System. out.println( dirCreated);//創建文件目錄,若父目錄不存則連同父目錄一起創建File file3 = new File( "d:/fatherDir/subDir2");boolean dirCreated2 = file3.mkdirs();System. out.println( dirCreated2);File file4= new File( "d:/test.txt");//判斷長度long length = file4.length();//重命名文件boolean isRenamed = file4.renameTo( new File("d:/test2.txt"));//刪除文件boolean isDeleted = file4.delete();File file5= new File( "d:/fatherDir/subDir");//是否是目錄boolean isDirectory = file5.isDirectory();//列出文件名String[] fileNames = file5.list();//列出目錄File[]   files = file4.listFiles();}
}

2）隨機讀取File文件
? ? ? ?通過上面的例子我們已經知道，我們可以用FileInputStream（文件字符流）或FileReader（文件字節流）來讀文件，這兩個類可以讓我們分別以字符和字節的方式來讀取文件內容，但是它們都有一個不足之處，就是只能從文件頭開始讀，然后讀到文件結束。

? ? ? ?但是有時候我們只希望讀取文件的一部分，或者是說隨機的讀取文件，那么我們就可以利用RandomAccessFile。RandomAccessFile提供了seek()方法，用來定位將要讀寫文件的指針位置，我們也可以通過調用getFilePointer()方法來獲取當前指針的位置，具體看下面的例子：

例7，隨機讀取文件

  public static void randomAccessFileRead() throws IOException {// 創建一個RandomAccessFile對象RandomAccessFile file = new RandomAccessFile( "d:/test.txt", "rw");// 通過seek方法來移動讀寫位置的指針file.seek(10);// 獲取當前指針long pointerBegin = file.getFilePointer();// 從當前指針開始讀byte[] contents = new byte[1024];file.read( contents);long pointerEnd = file.getFilePointer();System. out.println( "pointerBegin:" + pointerBegin + "\n" + "pointerEnd:" + pointerEnd + "\n" + new String(contents));file.close();}

例8，隨機寫入文件

  public static void randomAccessFileWrite() throws IOException {// 創建一個RandomAccessFile對象RandomAccessFile file = new RandomAccessFile( "d:/test.txt", "rw");// 通過seek方法來移動讀寫位置的指針file.seek(10);// 獲取當前指針long pointerBegin = file.getFilePointer();// 從當前指針位置開始寫file.write( "HELLO WORD".getBytes());long pointerEnd = file.getFilePointer();System. out.println( "pointerBegin:" + pointerBegin + "\n" + "pointerEnd:" + pointerEnd + "\n" );file.close();}

6、Java IO：管道媒介

? ? ? ?管道主要用來實現同一個虛擬機中的兩個線程進行交流。因此，一個管道既可以作為數據源媒介也可作為目標媒介。
? ? ? ?需要注意的是java中的管道和Unix/Linux中的管道含義并不一樣，在Unix/Linux中管道可以作為兩個位于不同空間進程通信的媒介，而在java中，管道只能為同一個JVM進程中的不同線程進行通信。和管道相關的IO類為： PipedInputStream和 PipedOutputStream，下面我們來看一個例子：

例9，讀寫管道

public class PipeExample {public static void main(String[] args) throws IOException {final PipedOutputStream output = new PipedOutputStream();final PipedInputStream  input  = new PipedInputStream(output);Thread thread1 = new Thread( new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {output.write( "Hello world, pipe!".getBytes());} catch (IOException e) {}}});Thread thread2 = new Thread( new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {int data = input.read();while( data != -1){System. out.print(( char) data);data = input.read();}} catch (IOException e) {} finally{try {input.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}});thread1.start();thread2.start();}
}

7、Java IO：網絡媒介

? ? ? ?關于Java IO面向網絡媒介的操作即Java 網絡編程，其核心是Socket，同磁盤操作一樣，java網絡編程對應著兩套API，即Java IO和Java NIO，關于這部分我會準備專門的文章進行介紹。

8、Java IO：BufferedInputStream和BufferedOutputStream

? ? ? ?BufferedInputStream顧名思義，就是在對流進行寫入時提供一個buffer來提高IO效率。在進行磁盤或網絡IO時，原始的InputStream對數據讀取的過程都是一個字節一個字節操作的，而BufferedInputStream在其內部提供了一個buffer，在讀數據時，會一次讀取一大塊數據到buffer中，這樣比單字節的操作效率要高的多，特別是進程磁盤IO和對大量數據進行讀寫的時候。

? ? ? ?使用BufferedInputStream十分簡單，只要把普通的輸入流和BufferedInputStream組合到一起即可。我們把上面的例2改造成用BufferedInputStream進行讀文件，請看下面例子：

例10 ，用緩沖流讀文件

public static void readByBufferedInputStream() throws IOException {File file = new File( "d:/test.txt");byte[] byteArray = new byte[( int) file.length()];//可以在構造參數中傳入buffer大小InputStream is = new BufferedInputStream( new FileInputStream(file),2*1024);int size = is.read( byteArray);System. out.println( "大小:" + size + ";內容:" + new String(byteArray));is.close();
}

? ? ? ?關于如何設置buffer的大小，我們應根據我們的硬件狀況來確定。對于磁盤IO來說，如果硬盤每次讀取4KB大小的文件塊，那么我們最好設置成這個大小的整數倍。因為磁盤對于順序讀的效率是特別高的，所以如果buffer再設置的大寫可能會帶來更好的效率，比如設置成4*4KB或8*4KB。
? ? ? ?還需要注意一點的就是磁盤本身就會有緩存，在這種情況下，BufferedInputStream會一次讀取磁盤緩存大小的數據，而不是分多次的去讀。所以要想得到一個最優的buffer值，我們必須得知道磁盤每次讀的塊大小和其緩存大小，然后根據多次試驗的結果來得到最佳的buffer大小。

? ? ? ?BufferedOutputStream的情況和BufferedInputStream一致，在這里就不多做描述了。

9、Java IO：BufferedReader和BufferedWriter

? ? ? ?BufferedReader、BufferedWriter?的作用基本和BufferedInputStream、BufferedOutputStream一致，具體用法和原理都差不多，只不過一個是面向字符流一個是面向字節流。同樣，我們將改造字符流中的例4，給其加上buffer功能，看例子：

public static void readByBufferedReader() throws IOException {File file = new File( "d:/test.txt");// 在字符流基礎上用buffer流包裝，也可以指定buffer的大小Reader reader = new BufferedReader( new FileReader(file),2*1024);char[] byteArray = new char[( int) file.length()];int size = reader.read( byteArray);System. out.println( "大小:" + size + ";內容:" + new String(byteArray));reader.close();
}