I/O（输入/输出）
参考资料：《Java从入门到精通》/明日科技编著. 4版. 北京：清华大学出版社，2016
一、流概述
- 流是一种有序的数据序列，根据操作的类型，可分为输入流和输出流。
- I/O（Input/Output，输入/输出）流提供了一条通道程序，可以用这条通道把源中的字节序列送到目的地。
- 虽然I/O流通常与磁盘有关，但是程序的源和目的地也可以是键盘、鼠标、内存或显示器窗口等。
Java由数据流处理输入/输出模式，程序从指向源的输入流中读取数据，数据源可以是文件、网络、压缩包或其他数据源，这个过程也称为数据的读取，如下图所示：
输出流是指向数据要到达的目的地，程序通过向输出流中写入数据，把信息传递到目的地，输出流的目的地可以是文件、网络、压缩包或其他输出目标，该过程也称为数据的写入，如下图所示：
总的来说，在Java程序中，要想从文件中读取数据或者将数据写入文件中，都需要在程序和文件之间建立一条数据的传输通道，这个通道就是输入/输出流。
- 当程序创建输入流对象时，Java会自动创建输入流通道；
- 当程序创建输出流对象时，Java会自动创建输出流通道。
二、输入/输出流
Java语言在java.io包中定义了很多处理各种输入/输出的类。
- 字节流
- 抽象类InputStream（字节输入流）是所有输入字节流类的父类；
- 抽象类OutputStream（字节输出流）是所有输出字节流类的父类；
- 字符流
- 抽象类Reader（字符输入流）是所有输入字符流类的父类；
- 抽象类Writer（字符输出流）是所有输出字符流类的父类；
字节流与字符流的区别：
简而言之，字节流在操作文件时不会用到缓存（内存），而是直接操作文件本身。而字符流在操作的时候使用了缓存区，而不是直接操作文件。例如，使用字符流执行写入数据操作，如果使用close()方法没有关闭输出流，则文件中看不到任何写入的内容，除非使用flush()方法强行将缓存数据写入目标文件。
本质上来说，一切都是字节流，其实没有字符流这个东西。字符只是根据编码集对字节进行解码的产物。
字节流：01010100010010100101
字符流：aah65Khannskm3bhbasv //本质上还是字节流
【技巧】：字节流可以处理所有数据文件，若处理的是纯文本数据，建议使用字符流。
1、输入流
（1）字节输入流
InputStream类是字节输入流的抽象类，是所有字节输入流的父类，其层次结构如下所示：
该类中所有方法遇到错误时都会引发IOException异常，下面是该类的一些常用方法：
- read ()：从输入流中读取数据的下一个字节。
- read (byte[] b)：从输入流中读入一定长度的字节，并以整数形式返回字节数。
- mark (int readlimit)：在输入流的当前位置放置一个标记，readlimit参数告知此输入流在标记位置失效之前允许读取的字节数。
- reset ()：将输入指针返回到当前所做的标记处。
- skip (long n)：跳过输入流上的n个字符并返回实际跳过的字节数。
- close() :关闭此输入流，并释放与该流相关的所有系统资源。
说明：并不是所有的InputStream类的子类都支持InputStream中定义的所有方法，如skip()、mark()、reset()等方法只对某些子类有用。
（2）字符输入流
Java中的字符是Unicode编码，是双字节的，即一个字符占用两个字节。InputStream是用来处理字节的，并不适合处理字符文本。Java为字符文本的输入专门提供了一套单独的类Reader，但是Reader类并不是InputStream类的替换者，只是在处理字符串时简化了编程。
Reader类是字符输入流的抽象类，是所有字符输入流的父类。
2、输出流
（1）字节输出流
OutputStream类是字节输出流的抽象类，该类是所有表示字节输出流类的父类，其层次结构如下所示：
OutputStream类中的所有方法均返回void，在遇到错误时会引发IOException异常，下面对OutputStream类中的方法做简单的介绍：
- write (int b)：将指定的字节写入此输出流。
- write (byte[] b)：将b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。
- flush()：彻底完成输出并清空缓存区。
- close()：关闭输出流。
（2）字符输出流
Writer类是字符输出流的抽象类，此类为所有字符输出流类的父类，其层次结构如下所示：
三、File类
- File类是java.io包中唯一代表磁盘文件本身的对象。
- 可以通过调用File类中的方法，实现创建、删除、重命名文件等操作。
- File类的对象主要用来获取文件本身的一些信息，如文件所在的目录、文件的长度、文件的读写权限等，但是不能对文件执行读取或写入数据的操作。
- 数据流可以将数据写入到文件中，文件也是数据流最常用的数据媒介。
1、文件的创建与删除
可以使用File类创建一个文件对象。通常使用以下3种构造方法来创建文件对象：
- File (String pathname)
该构造方法通过将给定的路径名字符串，并转换为抽象路径名来创建一个新的File实例。语法格式如下：
new File(String pathname)
其中，pathname指路径名称（包含文件名），例如：
File file = new File("C:UsersXULIANGabc.txt")
- File (String parent, String child)
该构造方法根据定义的父路径和子路径字符串（包含文件名）创建一个新的File对象。语法格式如下：
new File (String parent, String child)
- parent：父路径字符串。例如，"C:Users"。
- child：子路径字符串。例如，"letter.txt"。
【问】那何为父路径与子路径呢？
这里举个例子，关于"C:UsersXULIANGDocuments"这个目录，"C:"是"C:Users"的父目录，"C:Users"是"C:UsersXULIANG"的父目录。简而言之，父目录就是当前目录的上级目录。
- File (File f, String child)
该构造方法根据parent抽象路径名和子路径字符串创建一个新的File对象。语法格式如下：
new File (File f, String child)
- f：父路径对象。例如，"D:/doc/"。
- child：子路径字符串。例如，"letter.txt"。
import java.io.File;
public class FileTest {
public static void main(String[] args) {
//创建文件对象，并指定文件名
File file = new File("test.txt");
//判断该文件是否存在
if (file.exists()){
//若存在，则删除文件
file.delete();
System.out.println("文件已删除");
}else {
//捕捉可能出现的异常
try {
//若不存在，则创建该文件
file.createNewFile();
System.out.println("文件已创建");
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}
}
运行结果：
文件已创建
上述代码执行后，会在该项目所在的路径下创建一个名为"test.txt"的文本文件。
3、获取文件信息
File类提供了很多方法用于获取文件的一些信息，常用的方法如下所示：
| 方法 | 返回值 | 说明 |
|---|---|---|
| getName() | String | 获取文件的名称 |
| canRead() | boolean | 判断文件是否可读 |
| canWrite() | boolean | 判断文件是否可写 |
| exits() | boolean | 判断文件是否存在 |
| length() | long | 获取文件的长度（以字节为单位） |
下面通过实例来介绍使用方法来获取文件的信息：
import java.io.File;
public class FileTest2 {
public static void main(String[] args) {
File file = new File("test.txt");
if(file.exists()){
String name = file.getName();
long length = file.length();
Boolean hidden = file.isHidden();
System.out.println("文件的名字：" + name);
System.out.println("文件的长度：" + length);
System.out.println("是否为隐藏文件：" + hidden);
}
}
}
运行结果：
文件的名字：test.txt
文件的长度：0
是否为隐藏文件：false
四、文件输入/输出流
在程序的运行期间，大部分数据都保存在内存中进行操作，当程序结束后或关闭时，这些数据将消失。如果需要将数据永久保存，可使用文件输入/输出流与指定的文件建立连接，将需要的数据永久保存到文件中。
1、FileInputStream和FileOutputStream类
FileInputStream和FileOutputStream类都是用来操作磁盘文件。
（1）FileInputStream类
FileInputStream类继承于InputStream类，满足比较简单的文件读取要求。FileInputStream类常用的构造方法有两种：
- FileInputStream (String name)
- FileInputStream (File file)
第一种构造方法使用给定文件名name，创建一个FileInputStream对象。第二种构造方法使用File对象创建FileInputStream对象，该构造方法允许在把文件连接输入流之前对文件作进一步分析。
（2）FileOutputStream类
FileOutputStream类与FileInputStream类具有相同的构造方法，创建一个FileOutputStream
对象时，可以指定不存在的文件名，但此文件不能是一个被其他程序打开的文件。
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
public class FileTest3 {
public static void main(String[] args) {
File file = new File("word.txt");
System.out.println("---------------写入操作----------------");
try{
FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(file);
//字符串转化成字节码形式，采用Java平台默认字符集进行编码
byte[] bytes = "Java基础班学习".getBytes();
System.out.println(""Java基础班学习"字符串的字节码形式：");
//遍历数组
for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {
System.out.print(bytes[i] + " ");
}
System.out.println("
总共 " + bytes.length + " 个字节");
//执行写入文件操作
fileOutputStream.write(bytes);
//关闭输出流
fileOutputStream.close();
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println("---------------读取操作----------------");
try{
FileInputStream inputStream = new FileInputStream(file);
byte bytes[] = new byte[100];
//读取文件的数据内容，然后保存到bytes数组中，返回字节的个数
int str = inputStream.read(bytes);
System.out.println("该文件内容所占用的字节个数为：" + str);
/*
* 将数组中的字节进行解码，并转化为字符串
* 采用Java平台默认字符集进行解码
* 形参0表示起始索引位置，str表示截取长度
*/
String content = new String(bytes,0, str);
System.out.println("文件中的内容为：" + content);
//关闭输入流
inputStream.close();
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
运行结果：
---------------写入操作----------------
"Java基础班学习"字符串的字节码形式：
74 97 118 97 -27 -97 -70 -25 -95 -128 -25 -113 -83 -27 -83 -90 -28 -71 -96
总共 19 个字节
---------------读取操作----------------
该文件内容所占用的字节个数为：19
文件中的内容为：Java基础班学习
【注意】虽说Java在程序结束时自动关闭所有打开的流，但是当使用完流后，应该显示地关闭所有打开地流仍是一个良好的习惯，一个被打开的流有可能耗尽系统资源。
2、FileReader和FileWriter类
使用FileOutputStream类向文件中写入数据与FileInputStream类从文件中读取内容，都存在一点不足，即这两个类都只提供了对字节或字节数组的读取方法。由于汉字在文件中占两个字节，如果使用字节流，读取不好可能会出现乱码现象，此时采用字符流Reader或Writer类即可避免这种现象。
FileReader和FileWriter字符流对应了FileInputStream和FileOutputStream类。FileReader流顺序地读取文件，只要不关闭流，每次调用read()方法就会顺序地读取源中地内容，直到源的末尾或流被关闭。
五、带缓存的输入/输出流
- 缓存是I/O的一种性能优化。
- 缓存流为了I/O流增加了内存缓存区，有了缓存区，使得在流上执行skip()mark()和reset()方法都成为可能。
1、BufferedInputStream和BufferedOutputStream类
BufferedInputStream类可以对所有InputStream类进行缓存区的包装以达到性能优化的目的。BufferedInputStream类有两个构造方法：
- BufferedInputStream (InputStream in)
- BufferedInputStream (InputStream in, int size)
第一种形式的构造方法创建了一个带有32个字节的缓存流，第二种形式的构造方法按指定的大小来创建缓存区。BufferedInputStream读取文件的过程如下所示：
数据流 数据流 数据流
文件 -------> InputStream -------> BufferedInputStream -------> 目的地
使用BufferedOutputStream输出信息和OutputStream输出信息完全一样，只不过BufferedOutputStream有一个flush()方法将缓存区的数据强制写入文件中。BufferedOutputStream也有两个构造方法：
- BufferedOutputStream (InputStream in)
- BufferedOutputStream (InputStream in, int size)
第一种形式的构造方法创建了一个带有32个字节的缓存流，第二种形式的构造方法按指定的大小来创建缓存区。
【注意】flush()方法用于即使在缓存区没有满的情况下，也将缓存区的内容强制写入到外设，习惯上将这个过程称为刷新。
2、BufferedReader与BufferedWriter类
BufferedReader与BufferedWriter类分别继承于Reader和Writer类，这两个类同样具有内部缓存机制，并可以以行为单位进行输入/输出。
BufferedReader类常用的方法：
- read() 方法：读取单个字符。
- readLine()方法：读取一个文本行，并将其返回为字符串。若无数据可读则返回null。
BufferedWriter类的方法都返回void，常用的方法：
- write(String s, int off, int len)方法：写入字符串的某一个部分。
- flush()方法：刷新该流的缓存。
- newLine()方法：写入一个行分隔符。
在使用BufferedWriter类的write()方法时，数据并没有立刻被写入输出流，而是首先进入缓存区中。如果想立即将缓存区中的数据写入输出流时，必须调用flush()方法。
import java.io.*;
public class Student {
public static void main(String[] args) {
String content[] = {"你好吗","好久不见","记得常联系"};
File file = new File("word.txt");
try{
FileWriter fw = new FileWriter(file);
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(fw);
for (int i = 0; i < content.length; i++) {
bw.write(content[i]); //将字符数组的元素写入磁盘文件
bw.newLine(); //写入行分隔符
}
bw.close(); //关闭BufferedWriter流
fw.close(); //关闭FileWriter流
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
try {
FileReader fr = new FileReader(file);
BufferedReader bufr = new BufferedReader(fr);
String str = null;
int i = 0;
//读取文件的一行，若不为null，则进入循环
while ((str = bufr.readLine()) != null){
i++;
System.out.println("第" + i + "行：" + str);
}
bufr.close(); //关闭BufferedReader流
fr.close(); //关闭FileReader流
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
运行结果：
第1行：你好吗
第2行：好久不见
第3行：记得常联系