Java核心类库——IO原理和用法

Java IO流(InputStream/OutputSteam)

什么是IO流？
 byte序列的读写，Java中的IO流是实现输入/输出的基础.
1)
InputStream ： 抽象类读取数据的过程  包含读取方法read();
  in 模仿了读取小说的过程

 简单说  ：  in是读取文件的

OutputStream:抽象了写出数据的过程  包含写出方法write();
 out模仿了写笔记记录的过程

 简单说  ： out是写入文件的

基本的byte流
InputStream(抽象方法read())
 |--- FileInputStream(read()在文件上读取)   节点流
 |
 |--- FilterInputStream 过滤器流,输入流功能的扩展
 |   |--- DataInputStream(readInt())  基本类型数据的读取
 |   |--- BufferedInputStream 提供读取缓冲区管理
 | --- ObjectInputStream   过滤器流,依赖基本byte流,扩展对象的反序列化

OutputStream(抽象方法write()) 
 |--- FileOutputStream(write()在文件上写实现写入)   节点流
 |
 |--- FilterOutputStream 过滤器流,输出流功能的扩
 |    |--- DataOutputStream(writerInt())  基本类型数据的写出
 |    |--- BufferedOutputStream 提供了输出缓冲区管理
 | --- ObjectOutputStream 过滤器流,依赖基本byte流,扩展对象的序列化

注意:除节点流外都是过滤器流

字符流,可以处理字符编码,底层依赖于byte流
Reader 读取文本
     | --- InputStreamReader  过滤去,依赖基本byte输入流
     |      实现文本编码的解析
     |
     | --- BufferedReader 过滤器, 需要依赖Reader 实例
     |    提供了readLine()方法, 可以在文本文件中读取一行
     |    是常用的文本读取方法   
Writer
     | --- OutputStreamWriter  过滤器,,依赖基本byte输出流
     |        实现文本编码
     | --- PrintWriter  过滤器,依赖于Writer 流
     |                       提供了输出文本常有方法println()

2)  EOF =  End of File = -1 (文件读到末尾会返回-1)

3)  输入流的基本方法  
 InputStream in = new InputStream(file) / /file是文件名
 int b  = in.read();      读取一个byte无符号填充到int底八位,-1是EOF
 int.read(byte[] buf)    读取数据填充到buf中
 int.read(byte[] buf,int start,int size)  读取数据填充到buf中
 in.close      关闭输入流

4)输出流的基本方法:
 OutputStream out = new OutputStream(file) / /file是文件名
 out.write(int b)     写出一个byte 到流 b 的底八位写出
 out.write(byte[] buf)    将buf的一部分写入流中
 out.write(byte[] buf, int start, int size)  将buf的一部分写入流中
 out.flush()      清理缓存
 out.close

1.FileInputStream (read()在文件上读取)   节点流
方法:  read()     　　　　从输入流中读取数据的下一个字节
  　　 read(byte[] buf)  从输入流中读取一定数量的字节，并将其存储在缓冲区数组 buf中 
 　　  read(byte[] b, int off, int len) 将输入流中最多 len 个数据字节读入 byte 数组。
例

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;

public class InputStreamDemo {
 public static void main(String[] args) 
  throws IOException {
  String file = "out.txt";
  InputStream in = new FileInputStream(file);
  int b;
  while((b=in.read())!=-1){//read()方法
   System.out.print(Integer.toHexString(b) + " ");
  }
  in.close();
  
  in = new FileInputStream(file);
  //in.available() 可以读取的数据个数，小文件一般是文件长度
  byte[] buf = new byte[in.available()];
  in.read(buf);//read(byte[] buf)方法重载
  in.close();
  for (byte c : buf) {
   System.out.print(Integer.toHexString(c & 0xff) + " ");
   // c & 0xff --->将16进制写成0xff的格式
   //ffffffd6---> d6
   //11111111 11111111 11111111 11010110  &对应相乘
   //00000000 00000000 00000000 11111111  0xff
   //00000000 00000000 00000000 11010110
  }
 }
}

2  FileOutputStream(write()在文件上写实现写入)   节点流
方法 :write(int b)  将指定的字节写入此输出流。
 write(byte[] buf)   将 b.length 个字节从指定的 byte 数组写入此输出流。
 write(byte[] b, int off, int len) 将指定 byte 数组中从偏移量 off 开始的 len 个字节写入此输出流。
例子

import java.io.*;

public class OutputStreamDemo {
 public static void main(String[] args) 
 throws IOException{
  String file = "out.txt";
  OutputStream out = new FileOutputStream(file);
  out.write(65);//在文件中是以16进制存储的,对应0x41
  out.write(66);//0x42
  byte[] buf = {(byte)0xd6,(byte)0xd0};
  out.write(buf);
  out.flush();//刷出缓存，清理缓冲区，保证可靠写 
  out.close();
 }
}

3.BufferedInputStream和BufferedOutputStream 的 用法

BufferedInputStream(FileInputStream in)
BufferedOutputStream(FileOutputStream out)
可以提高性能
例子

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;

public class BufferedStreamDemo {
 public static void main(String[] args) throws IOException {
  //BufferedInputStream普通写法
  String file = "out.txt";
  InputStream ins = new FileInputStream(file);
  BufferedInputStream bufin= new BufferedInputStream(ins);
  int b;
  while((b=bufin.read())!=-1){
   System.out.println(Integer.toHexString(b));
  }
  //常用写法，只要用到FileInputStream的地方都可以套一个BufferedInputStream用来提升性能
  BufferedInputStream in = new BufferedInputStream(
    new FileInputStream("out.txt"));
  
  //BufferedOutputStream
  BufferedOutputStream out = new BufferedOutputStream(
    new FileOutputStream("out.txt"));
  out.write(65);
 }
}

4.基本类型数据的写出和读入
DataOutputStream  方法:readInt()  readLong()  readBoolean()等
写出(写)

例子
import java.io.*;
public class DataOutDemo {
 public static void main(String[] args)
  throws IOException{ 
  String file = "data.dat";//项目文件夹
  OutputStream out = new FileOutputStream(file);
  //DataOutputStream 实现基本类型数据的序列化
  //将基本类型数据拆开为byte序列，写入到out流中
  DataOutputStream dos = new DataOutputStream(out);
  dos.write(-2);
  dos.writeInt(-2);
  dos.writeLong(-2);
  dos.writeByte(-2);
  dos.writeDouble(-2);
  dos.writeShort(-2);
  dos.writeFloat(-2);
  dos.writeBoolean(true);
  dos.writeChar('中');
  dos.close();

 }
}

DataInputStream   方法:  writeInt()  writeChar() 等8种
读入(读)

import java.io.DataInputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;

public class DataInDemo {
 public static void main(String[] args) 
  throws IOException{
  
  String file = "data.dat";

  InputStream in = new FileInputStream(file);
  //DataInputStream 从基本流中读取基本类型数据,实现基本
  //类型数据的反序列化
  DataInputStream dis = new DataInputStream(in);
  int b = dis.read();
  int i = dis.readInt();
  long l= dis.readLong();
  byte bx = dis.readByte();
  double d = dis.readDouble();
  short s = dis.readShort();
  float f = dis.readFloat();
  boolean bol = dis.readBoolean();
  char c = dis.readChar();
  dis.close();
  System.out.print( b +" ");//254  fe
  System.out.print(i+" ");
  System.out.print(l+" ");
  System.out.print(bx+" ");
  System.out.print(d+" ");
  System.out.print(s+" ");
  System.out.print(f+" ");
  System.out.print(bol+" ");
  System.out.print(c+" ");
  
 }
}

5 字符串的序列化(文字的编码方案)
 从char序列到byte序列 的转换,叫"编码"
 1) String 字符串本质上是Char
 
 2)utf-16be 编码-----将16位char从中间切开为2个byte
     utf -16be是将 unicode char[] 序列化为byte[]的编码方案
     能够支持65535个字符编码,英文浪费空间

 如:
 char[] = ['A',    'B',    '中']
  对应　    0041,0042,4e2d

 utf-8:国际标准,是将unicode编码为byte序列的方案,采用变长编码 1-N方案,其中英文1个byte,中文3个byte
   unicoded的" 中": 4e 2d = 01001110 00101101
    utf-8的"中":e4 b8 ad =11100100 10111000 10101101
        1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

 以0开头的是英文(0-127)
 110表示连续2字节表示一个字符
 1110表示连续3字节表示一个字符
 每个数据字节以10开头

GBK: 中国标准,支持20000+中日韩文,英文编码1byte,中文2byte
 与unicode不兼容，中文windows默认gbk

ISO8859-1:只支持255个英文字符，不支持中文（Sun服务器默认编码，如tomcat等）

例子

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;

public class CharIODemo {
 public static void main(String[] args) 
  throws IOException{
  String str = "ABCD中国";
  System.out.println(str);
  //Java 的字符是16位 Unicode值，而文件是8位Byte序列
  
  //GBK
  System.out.println("GBK编码方案,对字符编码");
  String file = "gbk.txt";
  OutputStream out = new FileOutputStream(file);//默认GBK编码方案
  byte[] gbk = str.getBytes("GBK");
  out.write(gbk);
  out.close();
  IOUtils.print(file);
  //UTF-16BE,每个编码是2个字节
  System.out.println("UTF-16BE编码方案,对字符编码");
  file = "utf-16be.txt";
  out = new FileOutputStream(file);
  byte[] utf16be = str.getBytes("UTF-16BE");
  out.write(utf16be);
  out.close();
  IOUtils.print(file);
  
  //UTF-8,英文是1个字节,中文是3个字节
  System.out.println("UTF-8编码方案,对字符编码");
  file = "utf-8.txt";
  out = new FileOutputStream(file);
  byte[] utf8 = str.getBytes("UTF-8");//编码string -> byte[]
  out.write(utf8);
  out.close();
  IOUtils.print(file);
  
  byte[] buf = IOUtils.read("utf-8.txt");
  //new String(buf,"UTF-8"),构造器可以将　byte编码序列
  //解码为 char序列(字符串)
  String s = new String(buf,"UTF-8");//解码byte-> String
  System.out.println(s);
 }
}

6 字符流IO(Reader Writer)
1) 字符的处理,一次处理一个字符(unicode编码)
2) 字符的底层仍然是基本的字节流
3) 字符流的基本实现
 InputStreamReader 完成byte流解析为char流,按照编码解析
 OutputStreamWriter 提供char流到byte流,按照编码处理
4) 字符流的过滤器
    是字符读写的功能扩展,极大的方便了文本的读写操作
    BufferedReader : readLine()   一次读取一行
    PrintWriter :　println()  一次打印一行
5)读取一个文本文件
 InputStream is = new FileInputStream("test.txt");
 Reader in = new InputStreamReader(is);
 BufferedReader reader = new BufferedReader(in);
 或者
 BufferedReader in = new BufferedReader(new FileReader(filename));

例子:

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;

public class TestReaderDemo {
 public static void main(String[] args) 
  throws IOException{
  //Scanner BufferedReader都是流的功能扩展，是过滤器
  // 不能单独使用，最终需要依赖于基本byte流(in)
  //Scanner 提供了nextLine()方法//Java5以后
  //BufferedReader 提供了 readLine()方法，读取一行
  //readLine()读取到文件末尾返回null
  
  //逐行读取文本文件，显示到系统控制台
  //工作中常用
  String file = "in.txt"; //为当前工作区workspace/项目名/in.txt
  BufferedReader in = new BufferedReader(
    new InputStreamReader(
      new BufferedInputStream(
        new FileInputStream(file)),"gbk"));
  String str;
  while((str = in.readLine()) != null){
   System.out.println(str);
  }
  in.close();
 }

6)写出一个文本文件
 PrintWriter out = new PrintWriter(new FileWriter(new FileOutputStream(filename)));
 或者
 PrintWriter out = new PrintWriter(
     new OutputStreamWriter(
      new FileOutputStream(filename)))
例子

import java.io.IOException;
import java.io.PrintWriter;
import java.util.Scanner;

public class SyncWriteDemo {
 public static void main(String[] args) 
  throws IOException{
  Scanner in = new Scanner(System.in);
  String file = "sync.txt";
  PrintWriter out = new PrintWriter(file,"UTF-8");
  while(true){
   String str = in.nextLine();
   out.println(str);
   if("q".equalsIgnoreCase(str)){
    break;
   }
  }
  out.close();
 }
}

7)系统的默认编码,中文一般是GBK
如何查看默认编码？

String encoding = System.getProperty("file.encoding");

7 对象的IO序列化和深层复制

什么是对象序列化:
 将对象Object转换为byte序列,反之叫做对象的反序列华
1)序列化流,是过滤流
 ObjectOutputStream   方法 writeObject()  对象的序列化
 ObjectInputStream     方法readObject()  对象的反序列化
2)序列化接口(Serializable)

　　 对象必须实现"序列化接口Serializable"才能进行序列化,否则将出现不能序列化的异常
 Serializable是一个空的接口,没有任何方法 ,仅作为序列化的一个标识

3)JavaBean 规范规定,Java类必须实现Serializable接口

　　 Java API中的类大多是符合Java Bean规范的,基本都实现了Serializable

4) 对象的序列化可以变相实现对象的深层复制
例子

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;

public class ObjectIODemo {
 public static void main(String[] args) 
  throws Exception{
  String file = "obj.dat";
  ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(
    new BufferedOutputStream(
      new FileOutputStream(file)));
  Foo foo =new Foo();
  out.writeObject(foo);//将foo引用的对象，序列化到文件中
  out.close();
  
  //读出
  ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(
    new BufferedInputStream(
      new FileInputStream(file)));
  Foo foo1 = (Foo)in.readObject();//对象反序列化
  in.close();
  System.out.println(foo1.name);

  System.out.println("深层复制：对象被复制，对象属性也被复制");
  System.out.println(foo==foo1);//false 对象复制了(一层)
  System.out.println(foo.name == foo1.name);//false ,属性被复制了(二层)
  //利用序列化 和 反序列化  可以简洁的实现 对象的深层复制
 }

}
class Foo implements Serializable{//Serializable没有声明方法
 String name = "Tom";
}

浅层复制与深层复制
1)java的默认规则是浅层复制,性能好,但隔离性差,如(clone(),Arrays.copyOf)
 浅层复制 : 对象的引用不同,但对象中属性的引用相同
2)利用序列化可以实现深层复制
 深层复制: 对象的引用不同,但对象中的属性的引用也不相同
例

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;

public class DeepcopyDemo {
 public static Object deepCope(Object obj){
  try{
   //1. 对象序列化
   // 缓冲流: 字节数组输出流
   ByteArrayOutputStream buf =
    new ByteArrayOutputStream();
   //对象输出流
   ObjectOutputStream out = 
    new ObjectOutputStream(
      new ByteArrayOutputStream());
   
   out.writeObject(obj);//序列化对象到buf中
   out.close();
   
   //2 .对象的反序列化
   byte[] ary = buf.toByteArray();
   ByteArrayInputStream bais = 
    new ByteArrayInputStream(ary);
   ObjectInputStream in = 
    new ObjectInputStream(bais);
   Object o = in.readObject();//从ary反序列化
   in.close();
   return o;
   
  }catch(Exception e){
   e.printStackTrace();
   throw new RuntimeException(e);
  }
 }
}

以上用到的ByteArrayInputStream和ByteArrayOutputStream

下面有一个ByteArrayInputStream和ByteArrayOutputStream的例子

例子

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.util.Arrays;

import com.tarena.day18.IOUtils;

public class ByteArrayIODemo {
 public static void main(String[] args) 
  throws IOException{
  byte[] ary = {1,-1,127,-128};
  //   {00000001, 11111111, 01111111, 10000000}
  ByteArrayInputStream in = new ByteArrayInputStream(ary);
  int b = in.read();//1 00000000 00000000 00000000 00000001
  System.out.println(b);
  b = in.read();
  System.out.println(b);//255   00000000 00000000 00000000 11111111
  b = in.read();   
  System.out.println(b);//127   00000000 00000000 00000000  01111111
  b = in.read();
  System.out.println(b);//128   00000000 00000000 00000000  10000000
  b = in.read();
  System.out.println(b);//-1    11111111  11111111  11111111  11111111
  in.close();
  
  ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();//默认开辟32byte的数组作为输出目标
  //如果满了就自动扩容
  //out:[0,0,0,0,0,0,0,.....]
  //
  out.write(1);//[1,0,0,0,0,0,....]
  out.write(-2);//[1,fe,0,0,0,0,0,....]
  out.write(-1);//[1,fe,ff,0,0,0,0,....]
  out.close();
  byte[] buf = out.toByteArray();//复制有效部分
  IOUtils.print(buf);//[01, fe, ff ]
 }

}