深入理解 Java中的 流 (Stream)

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最近在看《Hadoop:The Definitive Guide》，对其分布式文件系统HDFS的Streaming data access不能理解。基于流的数据读写，太抽象了，什么叫基于流，什么是流？Hadoop是Java语言写的，所以想理解好Hadoop的Streaming Data Access，还得从Java流机制入手。流机制也是JAVA及C++中的一个重要的机制，通过流使我们能够自由地操作包括文件，内存，IO设备等等中的数据。

首先，流是什么？

流是个抽象的概念，是对输入输出设备的抽象，Java程序中，对于数据的输入/输出操作都是以“流”的方式进行。设备可以是文件，网络，内存等。

流具有方向性，至于是输入流还是输出流则是一个相对的概念，一般以程序为参考，如果数据的流向是程序至设备，我们成为输出流，反之我们称为输入流。

可以将流想象成一个“水流管道”，水流就在这管道中形成了，自然就出现了方向的概念。

当程序需要从某个数据源读入数据的时候，就会开启一个输入流，数据源可以是文件、内存或网络等等。相反地，需要写出数据到某个数据源目的地的时候，也会开启一个输出流，这个数据源目的地也可以是文件、内存或网络等等。

流有哪些分类？

可以从不同的角度对流进行分类：

1. 处理的数据单位不同，可分为：字符流，字节流

2.数据流方向不同，可分为：输入流，输出流

3.功能不同，可分为：节点流，处理流

1. 和 2. 都比较好理解，对于根据功能分类的，可以这么理解：

节点流：节点流从一个特定的数据源读写数据。即节点流是直接操作文件，网络等的流，例如FileInputStream和FileOutputStream，他们直接从文件中读取或往文件中写入字节流。

处理流：“连接”在已存在的流（节点流或处理流）之上通过对数据的处理为程序提供更为强大的读写功能。过滤流是使用一个已经存在的输入流或输出流连接创建的，过滤流就是对节点流进行一系列的包装。例如BufferedInputStream和BufferedOutputStream，使用已经存在的节点流来构造，提供带缓冲的读写，提高了读写的效率，以及DataInputStream和DataOutputStream，使用已经存在的节点流来构造，提供了读写Java中的基本数据类型的功能。他们都属于过滤流。

举个简单的例子：

public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 节点流FileOutputStream直接以A.txt作为数据源操作
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("A.txt");
        // 过滤流BufferedOutputStream进一步装饰节点流，提供缓冲写
        BufferedOutputStream bufferedOutputStream = new BufferedOutputStream(
                fileOutputStream);
        // 过滤流DataOutputStream进一步装饰过滤流，使其提供基本数据类型的写
        DataOutputStream out = new DataOutputStream(bufferedOutputStream);
        out.writeInt(3);
        out.writeBoolean(true);
        out.flush();
        out.close();
        // 此处输入节点流，过滤流正好跟上边输出对应，读者可举一反三
        DataInputStream in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(
                new FileInputStream("A.txt")));
        System.out.println(in.readInt());
        System.out.println(in.readBoolean());
        in.close();
}

流结构介绍：

Java所有的流类位于java.io包中，都分别继承字以下四种抽象流类型。

	字节流	字符流
输入流	InputStream	Reader
输出流	OutputStream	Writer

1.继承自InputStream/OutputStream的流都是用于向程序中输入/输出数据，且数据的单位都是字节(byte=8bit)，如图，深色的为节点流，浅色的为处理流。

 

2.继承自Reader/Writer的流都是用于向程序中输入/输出数据，且数据的单位都是字符(2byte=16bit)，如图，深色的为节点流，浅色的为处理流。

常见流类介绍：

节点流类型常见的有：

对文件操作的字符流有FileReader/FileWriter，字节流有FileInputStream/FileOutputStream。

处理流类型常见的有：

缓冲流：缓冲流要“套接”在相应的节点流之上，对读写的数据提供了缓冲的功能，提高了读写效率，同事增加了一些新的方法。

　　字节缓冲流有BufferedInputStream/BufferedOutputStream，字符缓冲流有BufferedReader/BufferedWriter，字符缓冲流分别提供了读取和写入一行的方法ReadLine和NewLine方法。

　　对于输出地缓冲流，写出的数据，会先写入到内存中，再使用flush方法将内存中的数据刷到硬盘。所以，在使用字符缓冲流的时候，一定要先flush，然后再close，避免数据丢失。

转换流：用于字节数据到字符数据之间的转换。

　　仅有字符流InputStreamReader/OutputStreamWriter。其中，InputStreamReader需要与InputStream“套接”，OutputStreamWriter需要与OutputStream“套接”。

数据流：提供了读写Java中的基本数据类型的功能。

　　DataInputStream和DataOutputStream分别继承自InputStream和OutputStream，需要“套接”在InputStream和OutputStream类型的节点流之上。

对象流：用于直接将对象写入写出。

　　流类有ObjectInputStream和ObjectOutputStream，本身这两个方法没什么，但是其要写出的对象有要求，该对象必须实现Serializable接口，来声明其是可以序列化的。否则，不能用对象流读写。

　　还有一个关键字比较重要，transient，由于修饰实现了Serializable接口的类内的属性，被该修饰符修饰的属性，在以对象流的方式输出的时候，该字段会被忽略。