Java基礎17：Java IO流總結

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本文介紹了Java IO流的基本概念，使用方法，以及使用的注意事項等。幫助你更好地理解和使用Java的IO流。

具體代碼在我的GitHub中可以找到

https://github.com/h2pl/MyTech

喜歡的話麻煩點一下星哈謝謝。

文章首發于我的個人博客：

https://h2pl.github.io/2018/05/04/javase17

更多關于Java后端學習的內容請到我的CSDN博客上查看：

https://blog.csdn.net/a724888

本文參考

并發編程網 – ifeve.com

IO概述

在這一小節，我會試著給出Java IO(java.io)包下所有類的概述。更具體地說，我會根據類的用途對類進行分組。這個分組將會使你在未來的工作中，進行類的用途判定時，或者是為某個特定用途選擇類時變得更加容易。

輸入和輸出

術語“輸入”和“輸出”有時候會有一點讓人疑惑。一個應用程序的輸入往往是另外一個應用程序的輸出那么OutputStream流到底是一個輸出到目的地的流呢，還是一個產生輸出的流？InputStream流到底會不會輸出它的數據給讀取數據的程序呢？就我個人而言，在第一天學習Java IO的時候我就感覺到了一絲疑惑。為了消除這個疑惑，我試著給輸入和輸出起一些不一樣的別名，讓它們從概念上與數據的來源和數據的流向相聯系。

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)

下面這張圖描繪了一個程序從數據源讀取數據，然后將數據輸出到其他媒介的原理：

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)。

類InputStream, OutputStream, Reader 和Writer
一個程序需要InputStream或者Reader從數據源讀取數據，需要OutputStream或者Writer將數據寫入到目標媒介中。以下的圖說明了這一點：

InputStream和Reader與數據源相關聯，OutputStream和writer與目標媒介相關聯。

Java IO的用途和特征

Java IO中包含了許多InputStream、OutputStream、Reader、Writer的子類。這樣設計的原因是讓每一個類都負責不同的功能。這也就是為什么IO包中有這么多不同的類的緣故。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

當通讀過Java IO類的源代碼之后，我們很容易就能了解這些用途。這些用途或多或少讓我們更加容易地理解，不同的類用于針對不同業務場景。

Java IO類概述表
已經討論了數據源、目標媒介、輸入、輸出和各類不同用途的Java IO類，接下來是一張通過輸入、輸出、基于字節或者字符、以及其他比如緩沖、解析之類的特定用途劃分的大部分Java IO類的表格。

Java IO類圖

什么是Java IO流

Java IO流是既可以從中讀取，也可以寫入到其中的數據流。正如這個系列教程之前提到過的，流通常會與數據源、數據流向目的地相關聯，比如文件、網絡等等。

流和數組不一樣，不能通過索引讀寫數據。在流中，你也不能像數組那樣前后移動讀取數據，除非使用RandomAccessFile 處理文件。流僅僅只是一個連續的數據流。

某些類似PushbackInputStream 流的實現允許你將數據重新推回到流中，以便重新讀取。然而你只能把有限的數據推回流中，并且你不能像操作數組那樣隨意讀取數據。流中的數據只能夠順序訪問。

Java IO流通常是基于字節或者基于字符的。字節流通常以“stream”命名，比如InputStream和OutputStream。除了DataInputStream 和DataOutputStream 還能夠讀寫int, long, float和double類型的值以外，其他流在一個操作時間內只能讀取或者寫入一個原始字節。

字符流通常以“Reader”或者“Writer”命名。字符流能夠讀寫字符(比如Latin1或者Unicode字符)。可以瀏覽Java Readers and Writers獲取更多關于字符流輸入輸出的信息。

InputStream

java.io.InputStream類是所有Java IO輸入流的基類。如果你正在開發一個從流中讀取數據的組件，請嘗試用InputStream替代任何它的子類(比如FileInputStream)進行開發。這么做能夠讓你的代碼兼容任何類型而非某種確定類型的輸入流。

組合流

你可以將流整合起來以便實現更高級的輸入和輸出操作。比如，一次讀取一個字節是很慢的，所以可以從磁盤中一次讀取一大塊數據，然后從讀到的數據塊中獲取字節。為了實現緩沖，可以把InputStream包裝到BufferedInputStream中。

代碼示例
InputStream input = new BufferedInputStream(new FileInputStream(“c:\data\input-file.txt”));

緩沖同樣可以應用到OutputStream中。你可以實現將大塊數據批量地寫入到磁盤(或者相應的流)中，這個功能由BufferedOutputStream實現。

緩沖只是通過流整合實現的其中一個效果。你可以把InputStream包裝到PushbackInputStream中，之后可以將讀取過的數據推回到流中重新讀取，在解析過程中有時候這樣做很方便。或者，你可以將兩個InputStream整合成一個SequenceInputStream。

將不同的流整合到一個鏈中，可以實現更多種高級操作。通過編寫包裝了標準流的類，可以實現你想要的效果和過濾器。

IO文件

在Java應用程序中，文件是一種常用的數據源或者存儲數據的媒介。所以這一小節將會對Java中文件的使用做一個簡短的概述。這篇文章不會對每一個技術細節都做出解釋，而是會針對文件存取的方法提供給你一些必要的知識點。在之后的文章中，將會更加詳細地描述這些方法或者類，包括方法示例等等。

通過Java IO讀文件

如果你需要在不同端之間讀取文件，你可以根據該文件是二進制文件還是文本文件來選擇使用FileInputStream或者FileReader。這兩個類允許你從文件開始到文件末尾一次讀取一個字節或者字符，或者將讀取到的字節寫入到字節數組或者字符數組。你不必一次性讀取整個文件，相反你可以按順序地讀取文件中的字節和字符。

如果你需要跳躍式地讀取文件其中的某些部分，可以使用RandomAccessFile。

通過Java IO寫文件

如果你需要在不同端之間進行文件的寫入，你可以根據你要寫入的數據是二進制型數據還是字符型數據選用FileOutputStream或者FileWriter。你可以一次寫入一個字節或者字符到文件中，也可以直接寫入一個字節數組或者字符數據。數據按照寫入的順序存儲在文件當中。

通過Java IO隨機存取文件

正如我所提到的，你可以通過RandomAccessFile對文件進行隨機存取。

隨機存取并不意味著你可以在真正隨機的位置進行讀寫操作，它只是意味著你可以跳過文件中某些部分進行操作，并且支持同時讀寫，不要求特定的存取順序。這使得RandomAccessFile可以覆蓋一個文件的某些部分、或者追加內容到它的末尾、或者刪除它的某些內容，當然它也可以從文件的任何位置開始讀取文件。

下面是具體例子：

@Test//文件流范例，打開一個文件的輸入流，讀取到字節數組，再寫入另一個文件的輸出流public void test1() {try {FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(new File("a.txt"));FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(new File("b.txt"));byte []buffer = new byte[128];while (fileInputStream.read(buffer) != -1) {fileOutputStream.write(buffer);}//隨機讀寫，通過mode參數來決定讀或者寫RandomAccessFile randomAccessFile = new RandomAccessFile(new File("c.txt"), "rw");} catch (FileNotFoundException e) {e.printStackTrace();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}

字符流和字節流

Java IO的Reader和Writer除了基于字符之外，其他方面都與InputStream和OutputStream非常類似。他們被用于讀寫文本。InputStream和OutputStream是基于字節的，還記得嗎？

Reader
Reader類是Java IO中所有Reader的基類。子類包括BufferedReader，PushbackReader，InputStreamReader，StringReader和其他Reader。

Writer
Writer類是Java IO中所有Writer的基類。子類包括BufferedWriter和PrintWriter等等。

這是一個簡單的Java IO Reader的例子：

Reader reader = new FileReader("c:\\data\\myfile.txt");int data = reader.read();while(data != -1){char dataChar = (char) data;data = reader.read();}

你通常會使用Reader的子類，而不會直接使用Reader。Reader的子類包括InputStreamReader，CharArrayReader，FileReader等等。可以查看Java IO概述瀏覽完整的Reader表格。

整合Reader與InputStream

一個Reader可以和一個InputStream相結合。如果你有一個InputStream輸入流，并且想從其中讀取字符，可以把這個InputStream包裝到InputStreamReader中。把InputStream傳遞到InputStreamReader的構造函數中：

Reader reader = new InputStreamReader(inputStream);

在構造函數中可以指定解碼方式。

Writer

Writer類是Java IO中所有Writer的基類。子類包括BufferedWriter和PrintWriter等等。這是一個Java IO Writer的例子：

Writer writer = new FileWriter("c:\\data\\file-output.txt"); writer.write("Hello World Writer"); writer.close();

同樣，你最好使用Writer的子類，不需要直接使用Writer，因為子類的實現更加明確，更能表現你的意圖。常用子類包括OutputStreamWriter，CharArrayWriter，FileWriter等。Writer的write(int c)方法，會將傳入參數的低16位寫入到Writer中，忽略高16位的數據。

整合Writer和OutputStream

與Reader和InputStream類似，一個Writer可以和一個OutputStream相結合。把OutputStream包裝到OutputStreamWriter中，所有寫入到OutputStreamWriter的字符都將會傳遞給OutputStream。這是一個OutputStreamWriter的例子：

Writer writer = new OutputStreamWriter(outputStream);

IO管道

Java IO中的管道為運行在同一個JVM中的兩個線程提供了通信的能力。所以管道也可以作為數據源以及目標媒介。

你不能利用管道與不同的JVM中的線程通信(不同的進程)。在概念上，Java的管道不同于Unix/Linux系統中的管道。在Unix/Linux中，運行在不同地址空間的兩個進程可以通過管道通信。在Java中，通信的雙方應該是運行在同一進程中的不同線程。

通過Java IO創建管道

可以通過Java IO中的PipedOutputStream和PipedInputStream創建管道。一個PipedInputStream流應該和一個PipedOutputStream流相關聯。一個線程通過PipedOutputStream寫入的數據可以被另一個線程通過相關聯的PipedInputStream讀取出來。

Java IO管道示例
這是一個如何將PipedInputStream和PipedOutputStream關聯起來的簡單例子：

//使用管道來完成兩個線程間的數據點對點傳遞@Testpublic void test2() throws IOException {PipedInputStream pipedInputStream = new PipedInputStream();PipedOutputStream pipedOutputStream = new PipedOutputStream(pipedInputStream);new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {pipedOutputStream.write("hello input".getBytes());pipedOutputStream.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}).start();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {byte []arr = new byte[128];while (pipedInputStream.read(arr) != -1) {System.out.println(Arrays.toString(arr));}pipedInputStream.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}).start();

管道和線程
請記得，當使用兩個相關聯的管道流時，務必將它們分配給不同的線程。read()方法和write()方法調用時會導致流阻塞，這意味著如果你嘗試在一個線程中同時進行讀和寫，可能會導致線程死鎖。

管道的替代
除了管道之外，一個JVM中不同線程之間還有許多通信的方式。實際上，線程在大多數情況下會傳遞完整的對象信息而非原始的字節數據。但是，如果你需要在線程之間傳遞字節數據，Java IO的管道是一個不錯的選擇。

Java IO：網絡

Java中網絡的內容或多或少的超出了Java IO的范疇。關于Java網絡更多的是在我的Java網絡教程中探討。但是既然網絡是一個常見的數據來源以及數據流目的地，并且因為你使用Java IO的API通過網絡連接進行通信，所以本文將簡要的涉及網絡應用。

當兩個進程之間建立了網絡連接之后，他們通信的方式如同操作文件一樣：利用InputStream讀取數據，利用OutputStream寫入數據。換句話來說，Java網絡API用來在不同進程之間建立網絡連接，而Java IO則用來在建立了連接之后的進程之間交換數據。

基本上意味著如果你有一份能夠對文件進行寫入某些數據的代碼，那么這些數據也可以很容易地寫入到網絡連接中去。你所需要做的僅僅只是在代碼中利用OutputStream替代FileOutputStream進行數據的寫入。因為FileOutputStream是OuputStream的子類，所以這么做并沒有什么問題。

//從網絡中讀取字節流也可以直接使用OutputStream
public void test3() {//讀取網絡進程的輸出流OutputStream outputStream = new OutputStream() {@Overridepublic void write(int b) throws IOException {}};
}
public void process(OutputStream ouput) throws IOException {//處理網絡信息//do something with the OutputStream
}

字節和字符數組

從InputStream或者Reader中讀入數組

從OutputStream或者Writer中寫數組

在java中常用字節和字符數組在應用中臨時存儲數據。而這些數組又是通常的數據讀取來源或者寫入目的地。如果你需要在程序運行時需要大量讀取文件里的內容，那么你也可以把一個文件加載到數組中。

前面的例子中，字符數組或字節數組是用來緩存數據的臨時存儲空間，不過它們同時也可以作為數據來源或者寫入目的地。
舉個例子：

//字符數組和字節數組在io過程中的作用public void test4() {//arr和brr分別作為數據源char []arr = {'a','c','d'};CharArrayReader charArrayReader = new CharArrayReader(arr);byte []brr = {1,2,3,4,5};ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(brr);}

System.in, System.out, System.err

System.in, System.out, System.err這3個流同樣是常見的數據來源和數據流目的地。使用最多的可能是在控制臺程序里利用System.out將輸出打印到控制臺上。

JVM啟動的時候通過Java運行時初始化這3個流，所以你不需要初始化它們(盡管你可以在運行時替換掉它們)。

System.in
System.in是一個典型的連接控制臺程序和鍵盤輸入的InputStream流。通常當數據通過命令行參數或者配置文件傳遞給命令行Java程序的時候，System.in并不是很常用。圖形界面程序通過界面傳遞參數給程序，這是一塊單獨的Java IO輸入機制。System.out
System.out是一個PrintStream流。System.out一般會把你寫到其中的數據輸出到控制臺上。System.out通常僅用在類似命令行工具的控制臺程序上。System.out也經常用于打印程序的調試信息(盡管它可能并不是獲取程序調試信息的最佳方式)。System.err
System.err是一個PrintStream流。System.err與System.out的運行方式類似，但它更多的是用于打印錯誤文本。一些類似Eclipse的程序，為了讓錯誤信息更加顯眼，會將錯誤信息以紅色文本的形式通過System.err輸出到控制臺上。

System.out和System.err的簡單例子：
這是一個System.out和System.err結合使用的簡單示例：

 //測試System.in, System.out, System.err    public static void main(String[] args) {int in = new Scanner(System.in).nextInt();System.out.println(in);System.out.println("out");System.err.println("err");//輸入10，結果是
//        err（紅色）
//        10
//        out}

字符流的Buffered和Filter

BufferedReader能為字符輸入流提供緩沖區，可以提高許多IO處理的速度。你可以一次讀取一大塊的數據，而不需要每次從網絡或者磁盤中一次讀取一個字節。特別是在訪問大量磁盤數據時，緩沖通常會讓IO快上許多。

BufferedReader和BufferedInputStream的主要區別在于，BufferedReader操作字符，而BufferedInputStream操作原始字節。只需要把Reader包裝到BufferedReader中，就可以為Reader添加緩沖區(譯者注：默認緩沖區大小為8192字節，即8KB)。代碼如下：

Reader input = new BufferedReader(new FileReader("c:\\data\\input-file.txt"));

你也可以通過傳遞構造函數的第二個參數，指定緩沖區大小，代碼如下：

Reader input = new BufferedReader(new FileReader("c:\\data\\input-file.txt"), 8 * 1024);

這個例子設置了8KB的緩沖區。最好把緩沖區大小設置成1024字節的整數倍，這樣能更高效地利用內置緩沖區的磁盤。

除了能夠為輸入流提供緩沖區以外，其余方面BufferedReader基本與Reader類似。BufferedReader還有一個額外readLine()方法，可以方便地一次性讀取一整行字符。

BufferedWriter

與BufferedReader類似，BufferedWriter可以為輸出流提供緩沖區。可以構造一個使用默認大小緩沖區的BufferedWriter(譯者注：默認緩沖區大小8 * 1024B)，代碼如下：

Writer writer = new BufferedWriter(new FileWriter("c:\\data\\output-file.txt"));

也可以手動設置緩沖區大小，代碼如下：

Writer writer = new BufferedWriter(new FileWriter("c:\\data\\output-file.txt"), 8 * 1024);

為了更好地使用內置緩沖區的磁盤，同樣建議把緩沖區大小設置成1024的整數倍。除了能夠為輸出流提供緩沖區以外，其余方面BufferedWriter基本與Writer類似。類似地，BufferedWriter也提供了writeLine()方法，能夠把一行字符寫入到底層的字符輸出流中。

值得注意是，你需要手動flush()方法確保寫入到此輸出流的數據真正寫入到磁盤或者網絡中。

FilterReader

與FilterInputStream類似，FilterReader是實現自定義過濾輸入字符流的基類，基本上它僅僅只是簡單覆蓋了Reader中的所有方法。

就我自己而言，我沒發現這個類明顯的用途。除了構造函數取一個Reader變量作為參數之外，我沒看到FilterReader任何對Reader新增或者修改的地方。如果你選擇繼承FilterReader實現自定義的類，同樣也可以直接繼承自Reader從而避免額外的類層級結構。