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  • 理解 Java 的 IO 流

    Java 的 IO 流是实现输入输出的基础,它可以方便地实现数据的输入/输出操作,在 Java 中把不同的输入/输出源(键盘、文件、网络连接等)抽象表述为“流”(stream),通过流的方式允许 Java 程序使用相同的方式来访问不同的输入/输出源。stream 是从起源(source)到接收(sink)的有序数据。

    Java 把所有传统的流类型(类或抽象类)都放在 java.io 包中,用以实现输入/输出功能。

    1、流的分类

    按照不同的分类方式,可以将流分为不同的类型,下面从不同的角度来对流进行分类,它们在概念上可能存在重叠的地方。

    1. 输入流和输出流

    按照流的流向来分,可以分为输入流和输出流。

    • 输入流:只能从中读取数据,而不能向其写入数据。
    • 输出流:只能向其写入数据,而不能从中读取数据。

    此处的输入、输出涉及一个方向问题,对于如图1所示的数据流向,数据从内存到硬盘,通常称为输出流一一也就是说,这里的输入、输出都是从程序运行所在内存的角度来划分的。

    对于如图2所示的数据流向,数据从服务器通过网络流向客户端,在这种情况下,Server 端的内存负责将数据输出到网络里,因此 Server 端的程序使用输出流;Client 端的内存负责从网络里读取数据,因此 Client 端的程序应该使用输入流。

                图1

                图2

    Java 的输入流主要由 InputStream 和 Reader 作为基类,而输出流则主要由 OutputStream 和 Writer 作为基类。它们都是一些抽象基类,无法直接创建实例。

    2.字节流和字符流

    字节流和字符流的用法几乎完全一样,区别在于字节流和字符流所操作的数据单元不同一一字节流操作的数据单元是8位的字节,而字符流操作的数据单元是16位的字符。字节流主要由 InputStream 和 OutputStream 作为基类,而字符流则主要由 Reader 和 Writer 作为基类。

    3. 节点流和处理流

    按照流的角色来分,可以分为节点流和处理流。

    可以从/向一个特定的IO设备(如磁盘、网络)读/写数据的流,称为节点流,节点流也被称为低级流(LowLevelStream)。图3显示了节点流示意图。

    从图3中可以看出,当使用节点流进行输入/输出时,程序直接连接到实际的数据源,和实际的输入/输出节点连接。

    处理流则用于对一个已存在的流进行连接或封装,通过封装后的流来实现数据读/写功能。处理流也被称为高级流。图4显示了处理流示意图。

                 图3

                 图4

    从图4中可以看出,当使用处理流进行输入/输出时,程序并不会直接连接到实际的数据源,没有和实际的输入/输出节点连接。使用处理流的一个明显好处是,只要使用相同的处理流,程序就可以采用完全相同的输入/输出代码来访问不同的数据源,随着处理流所包装节点流的变化,程序实际所访的数据源也相应地发生变化。

    2、流的概念模型

    Java 把所有设备里的有序数据抽象成流模型,简化了输入/输出处理,理解了流的概念模型也就了解了 Java。Java 的流共涉及40多个类,这些类看上去芜杂而凌乱,但实际上非常规则,而且彼此之间存在非常紧密的联系。Java 的 IO 流的40多个类都是从如下4个抽象基类派生的。

    • InputStream/Reader:所有输入流的基类,前者是字节输入流,后者是字符输入流。
    • OutputStream/Writer:所有输出流的基类,前者是字节输出流,后者是字符输出流。

    对于 InputStream 和 Reader 而言,它们把输入设备抽象成一个“水管”,这个水管里的每个“水滴”依次排列,如图5所示。

     

                      图5

    从图5中可以看出,字节流和字符流的处理方式其实非常相似,只是它们处理的输入/输出单位不同而己。输入流使用隐式的记录指针来表示当前正准备从哪个“水滴”开始读取,每当程序从 InputStream 或 Reader 里取出一个或多个“水滴”后,记录指针自动向后移动:除此之外,InputStream 和 Reader 里都提供一些方法来控制记录指针的移动。

    对于 Outputstream 和 Writer 而言,它们同样把输出设备抽象成一个“水管”,只是这个水管里没有任何水滴,如图6所示。

    正如图6所示,当执行输出时,程序相当于依次把“水滴”放入到输出流的水管中,输出流同样采用隐式的记录指针来标识当前水滴即将放入的位置,每当程序向 OutputStream 或 Writer 里输出一个或多个水滴后,记录指针自动向后移动。

    图5和图6显示了 Java IO 流的基本概念模型,除此之外,Java 的处理流模型则体现了Java 输入/输出流设计的灵活性。处理流的功能主要体现在以下两个方面。

    • 性能的提高:主要以增加缓冲的方式来提高输入/输出的效率。
    • 操作的便捷:处理流可能提供了一系列便捷的方法来一次输入/输出大批量的内容,而不是输入/输出一个或多个“水滴”。

    处理流可以“嫁接”在任何已存在的流的基础之上,这就允许 Java 应用程序采用相同的代码、透明的方式来访同不同的输入/输出设备的数据流。图7显示了处理流的模型。

                   图6

                   图7

    通过使用处理流,Java 程序无须理会输入輸出节点是磁盘、网络还是其他的输入/输出设备,程序只要将这些节点流包装成处理流,就可以使用相同的输入/输出代码来读写不同的输入/输出设备的数据。

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