Java基础(十一) Stream I/O and Files

1. 流的概念

程序的主要任务是操纵数据。在Java中，把一组有序的数据序列称为流。根据操作的方向，可以把流分为输入流和输出流两种。程序从输入流读取数据，向输出流写出数据。

     文件    输入流                     输出流           文件
     内存 ------------->  Java程序 ------------------>  内存
     键盘                                              控制台
      |                                                  |
    数据源                                            数据目的地

Java I/O系统负责处理程序的输入和输出，I/O类库位于java.io包中，它对各种常见的输入流和输出流进行了抽象。

如果数据流中最小的数据单元是字节，那么称这种流为字节流；如果数据流中最小的数据单元是字符，那么称这种流为字符流。

• 在I/O类库中，java.io.InputStream和java.io.OutputStream分别表示字节输入流和字节输出流;
• java.io.Reader和java.io.Writer分别表示字符输入流和字符输出流。
• 注意:它们四个都是抽象类（Reader/Writer/InputStream/OutStream）

2. 字节输入流和输出流

在java.io包中，java.io.InputStream表示字节输入流，java.io.OutputStream表示字节输出流，它们都是抽象类，不能被实例化。

InputStream类提供了一系列和读取数据有关的方法：

• read(): 从输入流读取数据：有三种重载形式：　

  • int read(): 从输入流读取一个8位的字节(1字节是8位)，把它转换为0-255之间的整数，并返回这一整数。如果遇到输入流的结尾，则返回-1;
  • int read(byte[] b): 从输入流读取若干个字节，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的字节数。如果遇到输入流的结尾，则返回-1;
  • int read(byte[] b, int off, int len): 从输入流读取若干个字节，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的字节数。参数off指定在字节数组中开始保存数据的起始下标，参数len指定读取的字节数目。返回的整数表示实现读取的字节数。如果遇到输入流的结尾，则返回-1;

  以上第一个read方法从输入流读取一个字节，而其余两个read方法从输入流批量读取若干字节。在从文件或键盘读数据时，采用后面两个read方法可以减少进行物理读文件或键盘的次数，因此能提高I/O操作的效率。

• void close(): 关闭输入流，InputStream类本身的close()方法不执行任何操作。它的一些子类覆盖了close()方法，在close()方法中释放和流有关的系统资源。

• int available(): 返回可以从输入流中读取的字节数目；
• skip(long): 从输入流中跳过参数n指定数目的字节。
• boolean markSupported()，void mark(int)，void reset(): 如果要从流中重复读入数据，
  
  • 先用markSupported()方法来判断这个流是否支持重复读入数据，如果返回true，则表明可以在流上设置标记。
  • 接下来调用mark(int readLimit)方法从流的当前位置开始设置标记。
  • 最后调用reset()方法，该方法使输入流重新定位到刚才做了标记的起始位置。这样就可以重复读取做过标记的数据了。

OuputStream类提供了一系列和写数据有关的方法：

• write(): 向输出流写入数据：有三种重载形式：

  • void write(int b):　向输出流写入一个字节；
  • void write(byte[] b): 把参数b指定的字节数组中的所有字节写到输出流；
  • void write(byte[] b, int off, int len): 把参数b指定的字节数组中的所有字节写到输出流，参数off指定字节数组的起始下标，从这个位置开始输出由参数len指定数目的字节；

  以上第一个write方法从输出流写入一个字节，而其余两个write方法从输出流批量写出若干字节。在向文件或控制台写数据时，采用后面两个write方法可以减少进行物理读文件或键盘的次数，因此能提高I/O操作的效率。

• void close(): 关闭输出流，OutputStream类本身的close()方法不执行任何操作。它的一些子类覆盖了close()方法，在close()方法中释放和流有关的系统资源。

• void flush(): OutputStream类本身的flush()方法不执行任何操作，它的一些带有缓冲区的子类(比如BufferedOutputStream和PrintStream类)覆盖了flush()方法。通过带缓冲区的输出流写数据时，数据先保存在缓冲区中，积累到一定程度才会真正写到输出流中。缓冲区通常用字节数组实现，实际上是指一块内存空间。flush()方法强制把缓冲区内的数据写到输出流中。

3. 常用到的字节输入流和输出流

• in:输入流

  • ByteArrayInputStream: 读取byte类型的数组中的数据
  • FileInputStream: 从文件中读取数据；
  • PipedInputStream: (管道流)连接一个PipedOutputStream;
  • ObjectInputStream: 对象输入流；
  • StringBufferInputStream: 可以读取一个字符串,在API中已经过时

• out: 输出流

  • ByteArrayOutputStream:
  • FileOutputStream
  • PipedoutputStream:
  • ObjectoutputStream

4. BufferedInputStream类

BufferedInputStream类覆盖了被过滤的输入流的读数据行为，利用缓冲区来提高读数据的效率。BufferedInputStream类先把一批数据读入到缓冲区，接下来 read()方法只需要从缓冲区内获取数据，就能减少物理性读取数据的次数。

• BufferedInputStream(InputStream in)——参数in指定需要被过滤的输入流。
• BufferedInputStream(InputStream in, int size)——参数in指定需要被过滤的输入流。参数size指定缓冲区的大小，以字节为单位。

5. DataInputStream 类

DataInputStream 实现了DataInput接口，用于读取基本类型数据，如int, float, long, double和boolean等。

• readByte()——从输入流中读取1个字节，指它转换为byte类型的数据；
• readLong()——从输入流中读取8个字节，指它转换为long类型的数据；
• readFloat()——从输入流中读取4个字节，指它转换为float类型的数据；
• readUTF()—— 从输入流中读取1到3个字节，指它转换为UTF-8字符编码的字符串；

6. 管道输入类：PipedInputStream 类

管道输入流从一个管理输出流中读取数据。通常由一个线程向管理输出流写数据，由另一个线程从管理输入流中读取数据，两个线程可以用管道来通信。

7. Reader and Writer概述

InputStream和OutputStream类处理的是字节流，也就是说，数据流中的最小单元为一个字节，它包括8个二进制位。在许多应用场合，Java应用程序需要读写文本文件。在文本文件中存放了采用特定字符编码的字符。为了便于读于各种字符编码的字符，java.io包中提供Reader/Writer类，它们分别表示字符输入流和字符输出流。

在处理字符流时，最主要的问题是进行字符编码的转换。Java语言采用Unicode字符编码。对于每一个字符，Java虚拟机会为其分配两个字节的内存。而在文本文件中，字符有可能采用其他类型的编码，比如GBK和UTF-8字符编码等。

Reader类能够将输入流中采用其他编码类型的字符转换为Unicode字符，然后在内存中为这些Unicode字符分配内存。Writer类能够把内存中的Unicode字符转换为其他编码类型的字符，再写到输出流中。

在默认情况下，Reader和Writer会在本地平台的字符编码和Unicode字符编码之间进行编码转换。

                        Writer的write()方法
使用Unicode字符编码的字       ------------>   使用本地平台的字符编码的字符串
符串(内存中)                 <------------   (数据源/数据目的地)
                                       Reader的read()方法

如果要输入或输出采用特定类型编码的字符串，可以使用InputStreamReader类和OutputStreamWriter类。在它们的构造方法中可以指定输入流或输出流的字符编码。

                    OutputStreamWriter的write()方法
使用Unicode字符编码的字      --------------->   使用本地平台的字符编码的字符串
符串(内存中)                 <--------------    (数据源/数据目的地)
                                   InputStreamReader的read()方法

由于Reader和Writer采用了字符编码转换技术，Java I/O系统能够正确地访问采用各种字符编码的文本文件，另一方面，在为字符分配内存时，虚拟机对字符统一采用Unicode字符编码，因此Java程序处理字符具有平台独立性。

• CharArrayReader : 把字符数组转换为Reader，从字符数组中读取字符；
• BufferedReader : 过滤器，为其他Reader提供读缓冲区，此外，它的readLine()方法能够读入一行字符串；
• StringReader : 把字符串转换为Reader，从字符串中读取字符；
• PipedReader : 连接一个PipedWriter;
• PushBackReader : 能把读到的字符压回到缓冲区中，通常用做编译器的扫描器，在程序中一般很少使用它。
• InputStreamReader : 过滤器，把InputStream转换为Reader，可以指定字符编码；
• FileReader : 从文件中读取字符；

8. InputStreamReader类

InputStreamReader类把InputStream类型转换为Reader类型，构造方法：

• InputStreamReader(InputStream in): 按照本地平台的字符编码读取输入流中的字符；
• InputStreamReader(InputStream in, String charsetName): 按照指定的字符编码读取输入流中的字符；

9. FileReader类

InputStreamReader的一个子类，用于从文件中读取字符数据。该类只能按照本地平台的字符编码来读取数据，用户不能指定其他字符编码类型。

• FileReader(File file): 参数file指定需要读取的文件；
• FileReader(String name): 参数name指定需要读取的文件的路径；

10. BufferedReader类

1. Reader类的read()方法每次都从数据源读入一个字符，BufferedReader带有缓冲区，它可以先把一批数据读到缓冲区内，

2. 接下来的操作都从缓冲区内获取数据，避免每次都从数据源读取数据并进行字符编码转换，从而提高读操作的效率。

   • BufferedReader的readLine()方法可以一次读入一行字符，以字符形式返回。
   • BufferedReader(Reader in): 指定被修饰的Reader类；
   • BufferedReader(Reader in, int sz): 参数in指定被装饰的Reader类，参数sz指定缓冲区的大小，以字符为单位。

11. File类

File类提供管理文件或目录的方法。File实例表示真实文件系统中的一个文件或者目录。

1. 构造方法

   • File(String pathname): 参数pathname表示文件路径或者目录路径；
   • File(String parent, String child): 参数parent表示根路径，参数child表示子路径；
   • File(File parent, String child): 参数parent表示根路径，参数child表示子路径；

   只处理一个文件，使用第一个构造方法；如处理一个公共目录的若干子目录或文件，那么使用第二个或者第三个更方便。

2. 普通方法

   • boolean createNewFile()：创建一个新的文件，如果文件已经存在，则创建失败（返回false），否则创建成功（返回true）。
   • boolean delete()：删除文件或者空目录
   • boolean mkdir()/mkdirs()：创建一个或者多个目录（连续创建）->如果该目录的父目录不存在话，那么还会创建所有的父目录；
   • boolean renameTo(File destination)：文件的改名
   • boolean canRead()/canWrite()：判断指定的文件是否能读取或者写入数据
   • boolean exists()：判断指定的文件或者目录是否存在
   • String[] list()：返回指定目录下所有文件名或者子目录名所组成的字符串数组
   • long lastModified()：返回指定文件最后一次被修改的时间（从1970年1月1日凌晨12点到这个文件的修改时间之间所经历的毫秒数）
   • String getPath()/getAbsolutePath()：返回指定文件或者目录的路径和绝对路径
   • String getCanonicalPath(): 获取该File对象所代表的文件或者目录的正规路径
   • String getParent()/getName()：返回指定文件或者目录的父目录（没有返回null）和名字

   File f = new File(".\\test.txt"));
   System.out.println(f.getCanonicalPath());        //c:\mypath\test.txt
   System.out.println(f.getAbsolutePath());         //c:\mypath\ .\test.txt
   System.out.println(f.getPath());                 //.\test.txt
   if(!f.exists()) f.createNewFile());      

12. FileInputStream and FileOutputStream

• 当创建一个FileInputStream对象的时候，文件必须存在以及是可读的
  
  • FileInputStream(File file)
  • FileInputStream(String name)
• 当创建一个FileOutputStream对象的时候，可以创建一个新的文件，也可以覆盖一个已经存在的同名文件。
  
  • FileOutputStream(File file)
  • FileOutputStream(File file, boolean append)

如果要创建的文件已经存在，可以选择向旧文件添加新的内容（append为true）或者新的内容覆盖旧文件的内容（append为false）。

注意：在这里写个com.briup.ch14.CopyTime.java

13. FileReader and FileWriter

• 读写字符文件方便
• 构造器
  
  • FileReader(File file)
  • FileReader(String name)
  • FileWriter(File file)
  • FileWriter(String filename)

FileReader：new FileReader(“d:/back/string.txt”) = 
   new InputStreamReader(new FileInputStream(“d:/back/string.txt”));
FileWriter：new FileWriter(“d:/back/string.txt”) = 
   new InputStreamWriter(new FileOutputStream(“d:/back/string.txt”));

14. PrintWriter

可以输出基本数据类型、对象、字符（字符数组）和字符串，但是不能输出字节流。

• PrintWriter类可以代替桥和BufferedWriter
• PrintStream类既可以输出字节流也可以输出字符流或者字符串

15. Reading and Writing with RandomAccessFile

• 实现数据的输入和输出
• 用它能够提供读写文件的功能
• 提供通过一个文件指针从文件的某一个断点开始读写数据的功能
• 构造器
  
  • RandomAccessFile(File file, String mode)
  • RandomAccessFile(String filename, String mode)
  • mode可以选择读、写和读写的方式
• 方法:
  
  • read()/write()
  • seek(long pointer) 定位到文件的断点

16. 对象的序列化和反序列化

对象的序列化： 把对象写到一个输出流；
对象的反序列化：从一个输入流中读取一个对象；

要点：

• 对象的持久化
• 仅仅是一个对象的数据被序列化（将对象的数据序列化成字节流）
• 标识为transit的数据不能被序列化 例如：transit 类名 表示该类不能被序列化 或者transit 字段
• 要序列化的对象必须实现java.io.Serializable接口

对象的序列化主要用于：

• 网络中传输的是字节流的数据，网络中对象的传输，是将对象的数据经过序列化后转换成字节流。
• 将对象数据序列化到文件中，将对象数据转换成字节流存储到文件中。
• 将对象转换为字节流叫做对象的序列化，将字节流转换为对象叫做对象的反序列化。

ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream(对象输入和输出流，可以读写基本数据类型和对象)

• ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream为应用程序提供对象的持久化存储
• 一个ObjectInputStream 可以反序列化通过ObjectOutputStream写入的基本数据类型和对象
• 构造器
  
  • ObjectInputStream(InputStream in)
  • ObjectOutputStream(OutputStream out)
• 方法
  
  • readObject()/writeObject() 将对象写入到输出流中或者从输入流中读取对象