java进阶知识--字节流、字符流

一、IO流

　1.1 概述

　　　　生活中，你肯定经历过这样的场景。当你编辑一个文本文件，忘记了ctrl+s ，可能文件就白白编辑了。当你电脑上插入一个U盘，可以把一个视频，拷贝到你的电脑硬盘里。那么数据都是在哪些设备上的呢？键盘、内存、硬盘、外接设备等等。

　　　　我们把这种数据的传输，可以看做是一种数据的流动，按照流动的方向，以内存为基准，分为输入input 和输出output ，即流向内存是输入流，流出内存的输出流。

　　　　Java中I/O操作主要是指使用java.io包下的内容，进行输入、输出操作。输入也叫做读取数据，输出也叫做作写出数据。

　1.2 IO流的分类

　　　　根据数据的流向分为：输入流和输出流。

• • • 输入流 ：把数据从其他设备上读取到内存中的流。

    • 输出流 ：把数据从内存中写出到其他设备上的流。

　　　　根据数据的类型分为：字节流和字符流。

• • • 字节流 ：以字节为单位，读写数据的流。(当传输的资源文件有中文时，就会出现乱码。)

    • 字符流 ：以字符为单位，读写数据的流。(有中文时，使用该流就可以正确传输显示中文。)

 　　　　根据流数据的包装过程分为：节点流和处理流。

• • • 节点流 ：又称为低级流，特点是：数据源明确，真实负责读写数据的流。
    • 处理流 ：又称为高级流，特点是：不能单独存在(没意义)，用来处理其他流，所有高级流都封装了某些特定功能的读写操作，目的是简化我们的读写操作具体的流。 

　1.3 顶级父类们（IO流的4个抽象基类）

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

　1.4 IO 流的整体架构图 

 

二、字节流

　2.1 一切皆字节

　　　　一切文件数据(文本、图片、视频等)在存储时，都是以二进制数字的形式保存，都是一个一个的字节，那么传输时一样如此。所以，字节流可以传输任意文件数据。在操作流的时候，我们要时刻明确，无论使用什么样的流对象，底层传输的始终为二进制数据。

　2.2 字节输出流【OutputStream】

　　java.io.OutputStream抽象类是表示字节输出流的所有类的超类，将指定的字节信息写出到目的地。它定义了字节输出流的基本共性功能方法。

• public void close() ：关闭此输出流并释放与此流相关联的任何系统资源。 

• public void flush() ：刷新此输出流并强制任何缓冲的输出字节被写出。 

• public void write(byte[] b)：将 b.length字节从指定的字节数组写入此输出流。 

• public void write(byte[] b, int off, int len) ：从指定的字节数组写入 len字节，从偏移量 off开始输出到此输出流。 

• public abstract void write(int b) ：将指定的字节写入此文件输出流。

小贴士：close方法，当完成流的操作时，必须调用此方法，释放系统资源。

　　2.2.1 FileOutputStream类

　　　　java.io.FileOutputStream类是文件字节输出流，是OutputStream的子类，用于将数据写出到文件。

　　　　构造方法

• • public FileOutputStream(File file)：创建文件输出流以写入由指定的 File对象表示的文件。 

• • public FileOutputStream(String name)： 创建文件输出流以指定的名称写入文件。 

小贴士：当你创建一个流对象时，必须传入一个文件路径。该路径下，如果没有这个文件，会创建该文件。如果有这个文件，会清空这个文件的数据。

　　　　那么每次创建流对象，都会清空目标文件中的数据，这显然会影响文件数据。所以保留文件中的数据，做到新数据的追加至关重要。

　　　　如下实现数据追加续写？请看下面两个构造方法。

• • public FileOutputStream(File file, boolean append)： 创建文件输出流以写入由指定的 File对象表示的文件。  

• • public FileOutputStream(String name, boolean append)： 创建文件输出流以指定的名称写入文件。  

小贴士：这两个构造方法，参数中都需要传入一个boolean类型的值，true 表示追加数据，false 表示清空原有数据。这样创建的输出流对象，就可以指定是否追加续写了。

 　　　 案例：写出换行

import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
 
public class FOSWrite {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 使用文件名称创建流对象，不追加续写
     　 File file = new File("fos.txt");
     　 //System.out.println(file.getAbsolutePath());
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file, false);  
        // 定义字节数组
        byte[] words = {97,98,99,100,101};
        // 遍历数组
        for (int i = 0; i < words.length; i++) {
            // 写出一个字节
            fos.write(words[i]);
            // 写出一个换行, 换行符号转成数组写出
            fos.write("
".getBytes());
        }
        // 关闭资源
        fos.close();
    }
}

输出结果：
a
b
c
d
e

• 回车符 和换行符 ：

  • 回车符：回到一行的开头（return）。

  • 换行符：下一行（newline）。

• 系统中的换行：

  • Windows系统里，每行结尾是 回车+换行 ，即 ；

  • Unix系统里，每行结尾只有 换行 ，即 ；

  • Mac系统里，每行结尾是 回车 ，即 。从 Mac OS X开始与Linux统一。

　2.3 字节输入流【InputStream】

　　java.io.InputStream抽象类是表示字节输入流的所有类的超类，可以读取字节信息到内存中。它定义了字节输入流的基本共性功能方法。

• public void close() ：关闭此输入流并释放与此流相关联的任何系统资源。   

• public abstract int read()： 从输入流读取数据的下一个字节。

• public int read(byte[] b)： 从输入流中读取一些字节数，并将它们存储到字节数组 b中 。

小贴士：close方法，当完成流的操作时，必须调用此方法，释放系统资源。

　　2.3.1 FileInputStream类

　　　　java.io.FileInputStream类是文件输入流，是InputStream的子类，从文件中读取字节。

　　　　构造方法

• • FileInputStream(File file)： 通过打开与实际文件的连接来创建一个FileInputStream，该文件由文件系统中的 File对象 file命名。

  • FileInputStream(String name)： 通过打开与实际文件的连接来创建一个FileInputStream，该文件由文件系统中的路径名 name命名。

小贴士：当你创建一个流对象时，必须传入一个文件路径。该路径下，如果没有该文件，会抛出FileNotFoundException 。

　　　　案例：读取字节数据

读取字节：read方法，每次可以读取一个字节的数据，提升为int类型，读取到文件末尾，返回-1。

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

public class FISRead {
    public static void main(String[] args) throws IOException{
      	// 使用文件名称创建流对象
       	FileInputStream fis = new FileInputStream("fos.txt");
      	// 定义变量，保存数据
        int b ;
        // 循环读取
        while ((b = fis.read()) != -1) {
            System.out.println((char)b);
        }
	　　// 关闭资源
        fis.close();
    }
}

输出结果：
a
b
c
d
e

使用字节数组读取：read(byte[] b)，每次读取b的长度个字节到数组中，返回读取到的有效字节个数，读取到末尾时，返回-1。

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

public class FISRead {
	public static void main(String[] args) throws IOException{
      	// 使用文件名称创建流对象.
       	FileInputStream fis = new FileInputStream("fos.txt"); // 文件中为abcde
      	// 定义变量，作为有效个数
        int len ;
        // 定义字节数组，作为装字节数据的容器   
        byte[] b = new byte[2];
        // 循环读取
        while (( len = fis.read(b)) != -1) {
           	// 每次读取后,把数组变成字符串打印
            System.out.println(new String(b));
        }
		// 关闭资源
        fis.close();
	}
}

输出结果：
ab
cd
ed

　　错误数据d，是由于最后一次读取时，只读取一个字节e，数组中，上次读取的数据没有被完全替换，所以要通过len ，获取有效的字节。

　　优化如下：

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

public class FISRead {
	public static void main(String[] args) throws IOException{
      	// 使用文件名称创建流对象.
       	FileInputStream fis = new FileInputStream("fos.txt"); // 文件中为abcde
      	// 定义变量，作为有效个数
        int len ;
        // 定义字节数组，作为装字节数据的容器   
        byte[] b = new byte[2];
        // 循环读取
        while (( len = fis.read(b))!=-1) {
           	// 每次读取后,把数组的有效字节部分，变成字符串打印
            System.out.println(new String(b, 0, len));//  len 每次读取的有效字节个数
        }
		// 关闭资源
        fis.close();
    }
}

输出结果：
ab
cd
e

　　以上两种读取字节的方式，字节数组的读取方式更优，因为使用数组读取，每次读取多个字节，减少了系统间的IO操作次数，从而提高了读写的效率。

小贴士：

　　流的关闭原则：先开后关，后开先关。

 

三、字符流

　　当使用字节流读取文本文件时，可能会有一个小问题。就是遇到中文字符时，可能不会显示完整的字符，那是因为一个中文字符可能占用多个字节存储。

　　所以Java提供一些字符流类，以字符为单位读写数据，专门用于处理文本文件。

　3.1 字符输入流【Reader】

 　　java.io.Reader抽象类是表示用于读取字符流的所有类的超类，可以读取字符信息到内存中。它定义了字符输入流的基本共性功能方法。

• public void close() ：关闭此流并释放与此流相关联的任何系统资源。   

• public int read()： 从输入流读取一个字符。

• public int read(char[] cbuf)： 从输入流中读取一些字符，并将它们存储到字符数组 cbuf中 。

 　　3.1.1 FileReader类

　　　　java.io.FileReader类是读取字符文件的便利类，是Reader的子孙类。构造时使用系统默认字符编码和默认字节缓冲区。

　小贴士：

1. 字符编码：字节与字符的对应规则。Windows系统的中文编码默认是GBK编码表。

2. 字节缓冲区：一个字节数组，用来临时存储字节数据。

　　　　构造方法

• • FileReader(File file)： 创建一个新的 FileReader ，给定要读取的File对象。  

  • FileReader(String fileName)： 创建一个新的 FileReader ，给定要读取的文件的名称。 

　　　　当你创建一个流对象时，必须传入一个文件路径。类似于FileInputStream 。

　　　　案例：读取字符数据

读取字符：read方法，每次可以读取一个字符的数据，提升为int类型，读取到文件末尾，返回-1，循环读取。

import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class FRRead {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
      	// 使用文件名称创建流对象
       	FileReader fr = new FileReader("read.txt");
      	// 定义变量，保存数据
        int b ;
        // 循环读取
        while ((b = fr.read()) != -1) {
            System.out.println((char)b);
        }
		// 关闭资源
        fr.close();
    }
}

输出结果：
你
好
啊

使用字符数组读取：read(char[] cbuf)，每次读取b个长度字符到数组中，返回读取的有效字符个数，读取到末尾时，返回-1。

import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class FISRead {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
      	// 使用文件名称创建流对象
       	FileReader fr = new FileReader("read.txt");
      	// 定义变量，保存有效字符个数
        int len ;
        // 定义字符数组，作为装字符数据的容器
        char[] cbuf = new char[2];
        // 循环读取
        while ((len = fr.read(cbuf)) != -1) {
            System.out.println(new String(cbuf, 0, len));
        }
    	// 关闭资源
        fr.close();
    }
}

输出结果：
你好
啊

　3.2 字符输出流【Writer】

　　java.io.Writer抽象类是表示用于写出字符流的所有类的超类，将指定的字符信息写出到目的地。它定义了字节输出流的基本共性功能方法。

• void write(int c) ：写入单个字符。

• void write(char[] cbuf)：写入字符数组。

• abstract void write(char[] cbuf, int off, int len)：写入字符数组的某一部分,off开始索引,len字符个数。

• void write(String str)：写入字符串。

• void write(String str, int off, int len)： 写入字符串的某一部分,off字符串的开始索引,len写的字符个数。

• void flush()：刷新该流的缓冲。 

• void close() ：关闭此流，但要先刷新它。

　　 3.2.1 FileWriter类

　　　　java.io.FileWriter类是写出字符到文件的便利类，是Writer的子孙类。构造时使用系统默认字符编码和默认字节缓冲区。

　　　　构造方法

• • FileWriter(File file)： 创建一个新的 FileWriter，给定要读取的File对象。  

  • FileWriter(String fileName)： 创建一个新的 FileWriter，给定要读取的文件的名称。 

　　　　当你创建一个流对象时，必须传入一个文件路径，类似于FileOutputStream。

　　　　案例：写出数据

写出字符：write(int b) 方法，每次可以写出一个字符数据。

public class FWWrite {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 使用文件名称创建流对象
        FileWriter fw = new FileWriter("fw.txt");     
      	// 写出数据
      	fw.write(97); // 写出第1个字符
      	fw.write('b'); // 写出第2个字符
      	fw.write('C'); // 写出第3个字符
      	fw.write(30000); // 写出第4个字符，中文编码表中30000对应一个汉字。
      
      	/*
        【注意】关闭资源时,与FileOutputStream不同。
      	 如果不关闭,数据只是保存到缓冲区，并未保存到文件。
        */
        fw.close();
    }
}
输出结果：abC田

小贴士：

1. 虽然参数为int类型四个字节，但是只会保留一个字符的信息写出。

2. 未调用close方法，数据只是保存到了缓冲区，并未写出到文件中。

写出字符数组 ：write(char[] cbuf) 和 write(char[] cbuf, int off, int len) ，每次可以写出字符数组中的数据，用法类似FileOutputStream。

public class FWWrite {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 使用文件名称创建流对象
        FileWriter fw = new FileWriter("fw.txt");     
      	// 字符串转换为字节数组
      	char[] chars = "你好啊老铁".toCharArray();
      
      	// 写出字符数组
      	fw.write(chars); // 你好啊老铁
        
		// 写出从索引2开始，2个字节。索引2是'啊'，两个字节，也就是'啊老'。
        fw.write(b,2,2); // 啊老
      
      	// 关闭资源
        fos.close();
    }
}

写出字符串：write(String str) 和 write(String str, int off, int len) ，每次可以写出字符串中的数据，更为方便。

public class FWWrite {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 使用文件名称创建流对象
        FileWriter fw = new FileWriter("fw.txt");     
      	// 字符串
      	String msg = "你好啊老铁";
      
      	// 写出字符数组
      	fw.write(msg); //你好啊老铁
      
		// 写出从索引2开始，2个字节。索引2是'程'，两个字节，也就是'啊老'。
        fw.write(msg,2,2);	// 啊老
      	
        // 关闭资源
        fos.close();
    }
}

续写和换行：操作类似于FileOutputStream。

public class FWWrite {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 使用文件名称创建流对象，可以续写数据
        FileWriter fw = new FileWriter("fw.txt", true);     
      	// 写出字符串
        fw.write("你好啊");
      	// 写出换行
      	fw.write("
");
      	// 写出字符串
  		fw.write("老铁");
      	// 关闭资源
        fw.close();
    }
}
输出结果:
你好啊
老铁

• 字符流，只能操作纯文本文件类型，不能操作图片，视频等非文本文件。当我们单纯读或者写文本文件时，使用字符流，其他情况使用字节流。
• 字节流在操作时本身不会用到缓冲区(内存)，是文件本身直接操作的；而字符流在操作时使用缓冲区，通过缓冲区再操作文件。

因为内置缓冲区的原因，如果不关闭输出流，无法写出字符到文件中。但是关闭的流对象，是无法继续写出数据的。如果我们既想写出数据，又想继续使用流，就需要flush 方法了。

• flush：刷新缓冲区，流对象可以继续使用。

• close：先刷新缓冲区，然后通知系统释放资源。流对象不可以再被使用了。

 

四、IO异常处理

　　JDK7前IO异常处理

　　　　之前我们处理异常部分用try...catch...finally 代码块，处理IO异常亦是如此，手动close关闭流。

　　　　如下代码：

public class HandleException {
    public static void main(String[] args) {
      	// 声明变量
        FileWriter fw = null;
        try {
            //创建流对象
            fw = new FileWriter("fw.txt");
            // 写出数据
            fw.write("你好啊老铁");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if (fw != null) {
                    fw.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

　　JDK7的IO异常处理

　　　　JDK7优化后的try-with-resource 语句，该语句确保了每个资源在语句结束时关闭。所谓的资源（resource）是指在程序完成后，必须关闭的对象。

　　　　格式：

　　try (创建流对象语句，如果多个,使用';'隔开) {
　　　　 // 读写数据
　　} catch (IOException e) {
 　　　　e.printStackTrace();
　　}

　　　　如下代码：

public class HandleException {
    public static void main(String[] args) {
      	// 创建流对象
        try ( FileWriter fw = new FileWriter("fw.txt"); ) {
            // 写出数据
            fw.write("你好啊老铁");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

　　JDK9的改进IO异常处理

　　　　JDK9中try-with-resource 的改进，对于引入对象的方式，更加简洁。被引入的对象，同样可以自动关闭，无需手动close。

　　　　格式：

　　// 被final修饰的对象
　　final Resource resource1 = new Resource("resource1");
　　// 普通对象
　　Resource resource2 = new Resource("resource2");

　　// 引入方式：直接引入
　　try (resource1; resource2) {
    　　 // 使用对象
　　}

　　　　如下代码：

public class TryDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
       	// 创建流对象
        final  FileReader fr  = new FileReader("in.txt");
        FileWriter fw = new FileWriter("out.txt");
       	// 引入到try中
        try (fr; fw) {
          	// 定义变量
            int b;
          	// 读取数据
          	while ((b = fr.read())!=-1) {
            	// 写出数据
            	fw.write(b);
          	}
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}