Java I/O 流详解(Basic I/O)

news2024/12/26 11:21:35

目录

1、Java Basic I/O 中的字节流:Byte Streams

2、Java Basic I/O 中的字符流:Character Streams

3、Java Basic I/O 中的缓冲流:Buffered Streams

4、Java Basic I/O 中的打印流:PrintStream (数据扫描和格式化)

5、Java Basic I/O 中的数据流:Data Streams

6、Java Basic I/O 中的对象流:Object Streams


        一个 I/O 流代表一个输入源或输出目的地。一个流可以表示许多不同类型的输入源和输出目的地,比如磁盘文件、设备、其他程序和存储阵列。

        流支持许多不同类型的数据,比如字节(字节流)、基本数据类型(数据流)、字符串(字符流)和对象(对象流)。有些流只是简单地传递数据;而有些流则能以有效的方式使用和转换数据。

        不管流在内部是如何工作的,所有流在程序中都是一个数据序列。程序使用输入流从输入源读取数据,而且一次只读取一个流:

         程序使用输出流将数据写入输出目的地,每次也是写入一个流:

        上图中的数据源和输出目的地可以是保存、生成或使用数据的任何东西,比如括磁盘文件,但数据源或输出目的也可以是另一个程序、外围设备、网络套接字或存储阵列等

        Java 中的 IO 流汇总图示:

1、Java Basic I/O 中的字节流:Byte Streams

        程序使用字节流来执行 8-bit bytes 的输入和输出(8 个二进制位表示为 1 个字节)。所有的字节流都起源于 InputStream 和 OutputStream。Java 中有许多的字节流,本节使用 Java 中的文件字节流(FileInputStream 和 FileOutputStream)进行演示,其他字节流的使用方式大致相同;它们的主要区别在于流的构造方式。

        下边的程序使用 FileInputStream 和 FileOutputStream 读取和复制 xanadu.txt 文件:

public class CopyBytes {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileInputStream in = null;
        FileOutputStream out = null;
        try {
            in  = new FileInputStream("F:\\xanadu.txt");
            out = new FileOutputStream("F:\\outagain.txt");
            int c;
            while ((c = in.read()) != -1) {
                out.write(c);
            }
        } finally {
            if (in != null) { // 判断流是否存在,如果文件打开错误,那么流始终是null值
                in.close(); // 关闭流,避免严重的资源泄漏
            }
            if (out != null) {
                out.close();
            }
        }
    }
}

        CopyBytes 会将大部分时间花费在读取输入流和写入输出流的简单循环中,每次一个字节,如下图所示:

        CopyBytes 看起来是一个普通的程序,但它实际上代表了一种应该避免使用的低级 I/O。由于 xanadu.txt 文件中包含的是字符数据,所以最好的方法是使用字符流,那么为什么还要存在字节流呢?那是因为所有其他流类型都是建立在字节流的基础上

2、Java Basic I/O 中的字符流:Character Streams

        Java 存储字符值使用 Unicode 字符集进行编码,字符流 I/O 自动将这种字符编码应用到本地字符串的转换过程中,在西方地区,本地字符集通常使用 ASCII 进行编码。// 编码不统一会导致乱码问题

        所有的字符流类都起源于 Reader 和 Writer。与字节流一样,字符流中也有专门处理文件 I/O 的字符流类:FileReader 和 FileWriter。下边的程序使用 FileReader 和 FileWriter 读取和复制 xanadu.txt 文件:

public class CopyCharacters {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileReader inputStream = null;
        FileWriter outputStream = null;

        try {
            inputStream  = new FileReader("F:\\xanadu.txt");
            outputStream = new FileWriter("F:\\characteroutput.txt");

            int c;
            while ((c = inputStream.read()) != -1) {
                outputStream.write(c);
            }
        } finally {
            if (inputStream != null) {
                inputStream.close();
            }
            if (outputStream != null) {
                outputStream.close();
            }
        }
    }
}

        CopyCharacters 和 CopyBytes 类非常相似。区别在于 CopyCharacters 使用 FileReader 和 FileWriter 进行输入和输出,而不是 FileInputStream 和 FileOutputStream。需要注意的是 CopyBytes 和 CopyCharacters 都使用了 int 变量进行读写。但在 CopyCharacters 中,int 变量保存的是最后 16 bits 的字符值;在 CopyBytes 中,int 变量保存的是最后 8 bits 的字符值。// 一次读取一个字符而不是一次一个字节

        字符流通常是字节流的“包装器”。字符流使用字节流执行物理I/O,而字符流处理字符和字节之间的转换。例如,FileReader 使用 FileInputStream,而 FileWriter 使用 FileOutputStream。

        Java 提供了通用的子节流转换为字符流的桥接流类: InputStreamReader 和 OutputStreamWriter。当程序中没有预先满足需求的字符流类时,可以使用它们来创建字符流。

面向行的字符流 I/O

        字符流 I/O 通常使用比单个字符更大的单位。常见的单位是行:一行字符串,末尾带有行结束符。行结束符可以是回车符("\r")或者换行符("\n")等。

        接下来修改 CopyCharacters 的程序,会使用到两个新的类:BufferedReader 和 PrintWriter。在后文中还会具体介绍这两个类,现在我们仅关注使用他们来支持面向行的 I/O 流。

public class CopyLines {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        BufferedReader inputStream = null;
        PrintWriter outputStream = null;

        try {
            inputStream  = new BufferedReader(new FileReader("F:\\xanadu.txt"));
            outputStream = new PrintWriter(new FileWriter("F:\\characteroutput.txt"));

            String l;
            while ((l = inputStream.readLine()) != null) {
                outputStream.println(l);
            }
        } finally {
            if (inputStream != null) {
                inputStream.close();
            }
            if (outputStream != null) {
                outputStream.close();
            }
        }
    }
}

        输入流调用 readLine() 方法返回一行字符串。CopyLines 使用 println() 输出每一行数据,println() 自动附加了当前操作系统的行结束符。当然,除了字符和行外,Java 还有许多方法来组织文本的输入和输出方式,比如 Scanning 和 Formatting,后边也会继续介绍到。

3、Java Basic I/O 中的缓冲流:Buffered Streams

        在上边的示例中,我们看到的都是无缓冲的 I/O。这意味着每个读或写的请求都是由底层操作系统直接处理。无缓冲的 I/O 会大大降低程序的运行效率,因为每个 I/O 请求经常会触发磁盘访问、网络活动或其他一些相对耗时的操作// 一个流的数据:字节 -> 字符 -> 行字符串 -> 缓冲区

        所以,为了减少这种开销,Java 实现了缓冲 I/O 流。缓冲输入流从内存(缓冲区)读取数据;只有当缓冲区为空时,才会调用本地输入流 API 继续读取数据。类似地,缓冲输出流将数据写入缓冲区,只有当缓冲区已满时,才会调用本地输出流 API 写入数据。// 对缓冲区进行操作

        我们可以把非缓冲流包装为缓冲流,只需将非缓冲 I/O 的对象传递给缓冲流类的构造函数就可以了。比如修改 CopyCharacters 示例中的非缓冲 I/O 为使用缓冲 I/O:

inputStream = new BufferedReader(new FileReader("F:\\xanadu.txt"));
outputStream = new BufferedWriter(new FileWriter("F:\\characteroutput.txt"));

        Java 提供了四种缓冲流包装类:BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream 用来创建缓冲字节流,BufferedReader 和 BufferedWriter 用来创建缓冲的字符流

刷新缓冲区

        缓冲区刷新的作用就是立刻把缓冲区的数据写入存储,而不用等待缓冲区被填满。

        有些缓冲 I/O 输出类支持自动刷新,可以通过构造函数参数来进行指定。当启用自动刷新后,一些关键的事件会触发缓冲区刷新。比如,每次调用 println() 或 format() 方法的时候。如果需要手动刷新缓冲区,可以调用 flush() 方法,flush() 方法对任何类型的缓冲输出流都有效

4、Java Basic I/O 中的打印流:PrintStream (数据扫描和格式化)

        扫描器:使用 Java 提供的扫描器包装输入流读取文件中的数据,代码示例如下:// 不常用

public class ScanXan {

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        Scanner s = null;
        try {
            // 通过控制台输入 new Scanner(System.in)
            s = new Scanner(new BufferedReader(new FileReader("F:\\xanadu.txt")));
            while (s.hasNext()) {
                System.out.println(s.next());
            }
        } finally {
            if (s != null) {
                s.close();
            }
        }
    }
}

        注意:ScanXan 类在处理 Scanner 对象时,调用了 Scanner 的 close() 方法。即使扫描器不是流,但也需要关闭它来指示本次操作已经完成,可以关闭底层流。

Formatting 格式化(打印流)

        格式化是由流对象 PrintWriter(字符流类)或 PrintStream(字节流类)的实例实现的。一般在 Java 中唯一使用打印流的地方是调用 System.out 和 System.err 方法的时候。

        与所有字节流和字符流对象一样,PrintStream 和 PrintWriter 的实例也实现了一组用于字节和字符标准输出的写入方法。此外,PrintStream 和 PrintWriter 还提供了一组将内部数据格式化输出的方法,这些方法中有两种级别的格式化:

  • print() 和 println() 以标准方式格式化单个值。
  • format() 基于格式化字符串来编排任何数量的值,有许多精确的格式化选项。

        调用 print() 或 println() 方法,会使用 toString() 方法转换值,然后输出。示例代码如下:

public class Root {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 2;
        double r = Math.sqrt(i);
        
        System.out.print("The square root of ");
        System.out.print(i);
        System.out.print(" is ");
        System.out.print(r);
        System.out.println(".");

        i = 5;
        r = Math.sqrt(i);
        System.out.println("The square root of " + i + " is " + r + ".");
    }
}

        调用 format() 方法,可以使用格式化来编排值。示例代码如下:

public class Root2 {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 2;
        double r = Math.sqrt(i);
        
        System.out.format("The square root of %d is %f.%n", i, r); // format
    }
}

        上述打印流在命令行环境与用户进行交互的场景中也有所涉及,Java 提供了两种命令行交互支持:标准流和控制台。因为日常使用得不是很多,所以标准流和控制台的命令行交互详情请查阅 Java 官方文档。

5、Java Basic I/O 中的数据流:Data Streams

        数据流支持基本数据类型(boolean、char、byte、short、int、long、float 和 double)和字符串类型(String)的二进制 I/O。所有的数据流都实现了 DataInput 或 DataOutput 接口。其中使用得最多的是 DataInputStream 和 DataOutputStream。

        对于 DataInputStream 和 DataOutputStream 使用的示例程序如下:

public class DataStreams {

    static final String dataFile = "F:\\invoicedata.txt";

    static final double[] prices = {19.99, 9.99, 15.99, 3.99, 4.99};
    static final int[]    units  = {12, 8, 13, 29, 50};
    static final String[] descs  = {
        "Java T-shirt",
        "Java Mug",
        "Duke Juggling Dolls",
        "Java Pin",
        "Java Key Chain"
    };

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DataInputStream in = null;
        DataOutputStream out = null;
        try {
            out = new DataOutputStream(new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(dataFile)));

            for (int i = 0; i < prices.length; i++) {
                out.writeDouble(prices[i]);
                out.writeInt(units[i]);
                out.writeUTF(descs[i]);
            }
            out.flush(); // 刷新缓冲区

            in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(dataFile)));
            double price = 0;
            int unit;
            String desc;
            double total = 0.0;
            try {
                while (true) {
                    price = in.readDouble();
                    unit  = in.readInt();
                    desc  = in.readUTF();
                    System.out.println(String.format("You ordered %d" + " units of %s at $%.2f%n", unit, desc, price));
                    total += unit * price;
                }
            } catch (EOFException e) {
            }
        } finally {
            if (out != null) {
                out.close();
            }
            if (in != null) {
                in.close();
            }
        }
    }
}

        注意,DataStreams 通过捕获 EOFException 来检测文件的结束条件,而不是测试无效的返回值。DataInput 方法的所有实现都使用 EOFException 而不是返回值。

        DataStreams 中的每个写入都有相应的专门化读取进行完全匹配。上述示例中,DataStreams 使用浮点数来表示货币的值,不过浮点数并不擅长用来表示精确的值,尤其是十进制分数,因为有些常见的值(比如 0.1)没有二进制的表示。所以,用于货币值的正确类型是 java.math.BigDecimal。但是,BigDecimal 是一种对象类型,因此它不能用于数据流。不过,BigDecimal 可以与对象流一起工作。// 数据流的局限性是它只支持基本数据类型和字符串类型

6、Java Basic I/O 中的对象流:Object Streams

        数据流支持基本数据类型的 I/O,对象流用来支持对象的 I/O。大多数实现 Serializable 接口的标准类都支持对其对象的序列化。// 把对象转为二进制

        对象流的类为 ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream。这些类实现了 ObjectInput 和 ObjectOutput 接口,ObjectInput 和 ObjectOutput 是 DataInput 和 DataOutput 的子接口。所以数据流中的所有基本数据的 I/O 方法也会在对象流中实现。因此,对象流既可以操作基本数据类型也可以操作对象类型的数据

        对象流的示例代码如下:

public class ObjectStreams {

    static final String dataFile = "F:\\invoicedata.txt";

    static final BigDecimal[] prices = {
        new BigDecimal("19.99"),
        new BigDecimal("9.99"),
        new BigDecimal("15.99"),
        new BigDecimal("3.99"),
        new BigDecimal("4.99")};
    static final int[] units  = {12, 8, 13, 29, 50};
    static final String[] descs  = {"Java T-shirt",
        "Java Mug",
        "Duke Juggling Dolls",
        "Java Pin",
        "Java Key Chain"};

    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {

        ObjectOutputStream out = null;
        try {
            out = new ObjectOutputStream(new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(dataFile)));

            out.writeObject(Calendar.getInstance());
            for (int i = 0; i < prices.length; i++) {
                out.writeObject(prices[i]);
                out.writeInt(units[i]);
                out.writeUTF(descs[i]);
            }
            out.flush();
        } finally {
            out.close();
        }

        ObjectInputStream in = null;
        try {
            in = new ObjectInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(dataFile)));

            Calendar date = null;
            BigDecimal price;
            int unit;
            String desc;
            BigDecimal total = new BigDecimal(0);

            date = (Calendar) in.readObject();

            System.out.format("On %tA, %<tB %<te, %<tY:%n", date);

            try {
                while (true) {
                    price = (BigDecimal) in.readObject();
                    unit  = in.readInt();
                    desc  = in.readUTF();
                    System.out.format("You ordered %d units of %s at $%.2f%n",
                        unit, desc, price);
                    total = total.add(price.multiply(new BigDecimal(unit)));
                }
            } catch (EOFException e) {
            }
            System.out.format("For a TOTAL of: $%.2f%n", total);
        } finally {
            in.close();
        }
    }
}

        ObjectStreams 创建了与 DataStreams 相同的应用程序,只是做了一些更改。首先,价格现在是 BigDecimal 对象,以便更好地表示分数值。其次,将 Calendar 对象写入了数据文件,用来标注日期。

对复杂对象的输入和输出

        writeObject() 和 readObject() 方法使用起来很简单,但它们也包含一些非常复杂的对象管理逻辑。对于像 Calendar 这样的类,因为它只是封装了原始值,所以并不重要。但是许多对象还包含了对其他对象的引用。如果 readObject() 要从流中重构对象,它就必须能够重构该对象引用的所有对象,这些附加的对象又可能有自己的引用。所以,在这种情况下,writeObject() 需要遍历整个对象的引用网络,并将该网络中的所有对象都写入流。因此,writeObject() 的一次调用可能导致将大量对象写入流。// writeObject() 会写入对象中的对象

        如下图所示,调用 writeObject() 来写入名为 a 的单个对象。该对象包含对对象 b 和 c 的引用,而 b 包含对对象 d 和 e 的引用。所以调用 writeObject(a) 不仅写入 a,而且会写入重构 a 所需的所有对象,因此关系网中的其他四个对象也会被写入。当 readObject() 读回 a 时,其他四个对象也会被读回,并且所有原始对象的引用也都会被保留。 

        那么如果同一个流上的两个对象都包含对单例对象的引用,会发生什么呢?当它们被回读时,它们是否都指向同一个对象呢?答案是肯定的。一个流只能包含一个对象的一个副本,但它可以包含任意数量对该对象的引用。因此,如果显式地将一个对象写入同一个流两次,实际上只写入了两次引用。例如,如果下面的代码将 ob 对象两次写入流:

Object ob = new Object();
out.writeObject(ob);
out.writeObject(ob);

        每个 writeObject() 都必须与一个 readObject() 相匹配,所以读取流的代码看起来像这样:

Object ob1 = in.readObject();
Object ob2 = in.readObject();

        这将产生两个变量 ob1 和 ob2,但它们是对同一个对象的引用。

        不过,如果一个对象被写入两个不同的流,那么读取两个流时将会拥有两个不同的对象

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本期开始RPA的学习流程。 RPA是机器人自动化流程的简写&#xff0c;目的在于减少重复性的劳动&#xff0c;而且上手很简单&#xff0c;无需编程就能用。 本系列使用Uibot 软件&#xff0c;其下载地址在&#xff1a;来也科技流程创造者&#xff08;UiBot Creator&#xff09; …

searchableSelect 插件使用

<script type"text/javascript" src"//searchableSelect.js"></script> <script>function getUserServer() {var _this 自定义封装接口请求、弹窗等方法;_this.getAjax("get","//xxxxx/server", {}, function(res)…

前端异常监控平台Sentry安装配置使用及问题

前言&#xff1a;Sentry是一款开源的异常监控平台,支持各种语言的SDK&#xff0c;通过对应SDK可以收集错误信息和性能数据&#xff0c;并可以再后台web页面中查看相关信息。官方地址&#xff1a;安装说明&#xff1a;https://develop.sentry.dev/self-hosted/后台使用说明&…

1.1计算机组成结构:CPU组成、冯·诺依曼结构与哈佛结构、嵌入式芯片术语

1.1计算机组成结构&#xff1a;CPU组成、冯诺依曼结构与哈佛结构、嵌入式芯片术语计算机组成结构CPU组成运算器控制器冯诺依曼结构与哈佛结构冯诺依曼结构哈佛结构嵌入式——芯片术语计算机组成结构 CPU组成 CPU分成两个部分&#xff0c;包括运算器和控制器。 CPU是计算机中核…

Linux之环境搭建

目录 一、VMware 二、centos7的安装 三、Mysql安装 四、 前端项目部署 1.确保前台项目能用 2.将前台项目打包npm run build 3.做ip/host主机映射 4.完成Nginx动静分离的default.conf的相关配置 5.将前端构件号的dist项目&#xff0c;上传到云服务器/usr/local/... …