核心技术Ⅱ：I/O

输入/输出流

• 在 Java API 中：
  1. 输入流：可以从其中读入一个字节序列的对象；
  2. 输出流：可以向其中写入一个字节序列的对象；
• 使用方法的不同：
  1. 字节流：抽象类“InputStream”和“OutputStream”构成了I/O类层次结构的基础；

     （不便于处于Unicode形式存储的信息）

  2. 字符流：抽象类“Reader”和“Writer”构成的专门用于处理“Unicode”字符的单独的类层次结构；

     （读写操作基于两字节的Char值，即Unicode码元，而非基于byte值）

• 输入/输出，都是相对于内存理解。
• 何时使用字节流、何时使用字符流？
  1. 字节流操作的基本单元为字节；字符流操作的基本单元为Unicode码元。
  2. 字节流默认不使用缓冲区；字符流使用缓冲区。
  3. 字节流通常用于处理二进制数据（实际上它可以处理任意类型的数据，但不支持直接写入或读取Unicode码元）；字符流通常处理文本数据，支持写入及读取字符（Unicode码元）。

读写字节

1. “abstract int read()”方法：（“InputStream”类的抽象方法）读入一个字节，并返回读入的字节，或者在遇到输入源结尾时返回“-1”；

   （继承于InputStream的具体输入流类，必须覆盖这个方法以提供适用的功能）

   （InputStream 类还有若干个非抽象的方法，可以读入一个字节数组，或者跳过大量的字节。这些方法都要调用抽象的“read”方法，因此，各个子类都只需覆盖这一个方法）

   “int read(byte[] b)”：用于读入一个字节数组；

2. “abstract void write()”方法：（“OutputStream”类的抽象方法）向某个输出位置写出一个字节；

   （“write”与“read”类似，被其他方法调用，具体输出类需要实现该方法）

   “void write(byte[] b)”：用于写出一个字节数组；

   • “write”与“read”方法，在执行时都将阻塞，直到字节处理完毕；
3. “available”方法：检查当前可读入的字节数量：

   则，以下代码片段不能被阻塞：

   int bytesAvailable = in.available();
   if (bytesAvai1able > 0)
   {
      byte[] data = new byte[bytesAvai1able];
      in.read(data);
   }
   

4. “flush”方法：刷新输出流的缓冲区；
5. “close”方法：关闭输入/输出流，释放系统资源；

   （关闭一个输出流的同时还会冲刷用于该输出流的缓冲区）

   如果不关闭文件，那么写出字节的最后一个包可能将永远也得不到传递。

• 【一般使用众多的从基本的“InputStream”和“OutputStream”类导出的某个输入/输出类，而不只是直接使用字节。】

  （数据可能包含数字、字符串和对象，而不是原生字节）

相关方法

java.io.InputStream􀀁1.0

• abstract int read()􀀁

  从数据中读人一个字节，并返回该字节。这个 read 方法在碰到输入流的结尾时返回 -1

• int read(byte[] b)􀀁

  读入一个字节数组，并返同实际读入的字节数，或者在碰到输人流的结尾时返同 -1，这个 read 方法最多读入 b.1ength 个字节。

• int read(byte[] b, int off, int len)

  读入个字节数组。这个 read 方法返回实际读入的字节数， 或者在碰到输入流的结尾时返回-1

  参数 ： b     数据读入的数组

      off   第一个读入字节应该被放置的位置在 b 中的偏移量

      len   读入字节的最大数量

• long skip(long n)

  在输入流中跳过n个字节，返回实际跳过的字节数（如果碰到输入流的结尾，则可能小于n)。

• int available()

  返回在不阻塞的情况卜可获取的字节数（回忆一下，阻塞意味着当前线程将失去它对资源的占用）。

• void close()

  关闭这个输入流。

• void mark(int readlimit)

  在输入流的当前位置打一个标记（并非所有的流都支待这个特性。如果从输入流中已经读入的字节多于readlimit个，则这个流允许忽略这个标记。

• void reset()

  返回到最后一个标记，随后对 read 的调用将重新读入这些字节。如果当前没有任何标记，则这个流不被重置。

• boolean markSupported()

  如果这个流支持打标记，则返回true。

java.io.OutputStream 1.0

• abstract void write(int n)

  写出一个字节的数据。

• void write(byte[] b)
• void write(byte[J b, int off, int len)

  写出所有字节或者某个范围的字节到数组b中 。

  参数 ： b     数据读入的数组

      off   第一个读入字节应该被放置的位置在 b 中的偏移量

      len   读入字节的最大数量

• void close()

  冲刷并关闭输出流。

• void flush()

  冲刷输出流，也就是将所有缓冲的数据发送到目的地。

流家族

1. 输入流与输出流的层次结构：

   

   要想读写字符串和数字，就需要功能更强大的子类，如：

   1. “DataInputStream”和“DataOutputStream”可以以二进制格式读写所有的基本Java类型；
   2. “ZipInputStream”和“ZipOutputStream”可以以常见的ZIP压缩格式读写文件；
2. Reader和Writer的层次结构：

   

3. 附加接口：

   

   1. “Closeable”：

      void close() throws IOException

      （“InputStream”、“OutputStream”、“Reader”和“Writer”都实现了“Closeable”接口）

      （“java.io.Closeable”接口扩展了“java.lang.AutoCloseable”接口，因此，对任何“Closeable”进行操作时，都可以使用“try-with-resource”语句）

      （“java.io.Closeable”抛出“IOException”；“java.lang.AutoCloseable”可以抛出任意异常）

   2. “Flushable”：

      void flush()

      （“OutputStream”和“Writer”还实现了“Flushable”接口）

   3. “Readable”：

      int read(CharBuffer cb)

   4. “Appendable”：

      // 添加单个字符 Appendable append(char c) // 添加字符序列 Appendable append(CharSequence s)

      只有“Writer”实现了“Appendable”；

【CharBuffer、CharSequence、String、StringBuilder、StringBuffer】

CharBuffer、CharSequence、String、StringBuilder、StringBuffer

组合输入/输出流过滤器

Java 使用了一种灵巧的机制来分离这两种职责：

1. 某些输入流（如“FileInputStream”和由 URL 类的“openStream”方法返回的输入流）可以从文件和其他更外部的位置上获取字节，
2. 而其他的输入流（如“DatainputStream”) 可以将字节组装到更有用的数据类型中。

Java 程序员必须对二者进行组合，通过嵌套过滤器来添加多重功能。

例如：

1. 为了从文件中读入数字，首先需要创建一个FileinputStream，然后将其传递给“DataInputStream”的构造器：

   FileinputStream fin = new FileinputStream("employee.dat");
   DataInputStream din = new DataInputStream(fin);
   doub1ex = din.readDouble();􀀁
   

2. 使用缓冲机制，以及用于文件的数据输入方法：

   DataInputStream din = new DataInputStream(
      new BufferedinputStream(
         new Fi1eInputStream("emp1oyee.dat")));
   

3. 跟踪各个中介输入流（当读人输入时，预览下一个字节，以了解它是否是你想要的值）：

   （读入和推回是可应用于可回推（pushback）输入流的仅有的方法）

   PushbackInputStream pbin = new PushbackInputStream(
      new BufferedlnputStream(
         new FilelnputStream("employee.dat")));
         
   // 预读下一个字节：
   int b = pbin.read();
   // 并非期望值时将其推回流中
   if(b != '<')
      pbin.unread(b);
   

4. 预先浏览并且还可以读入数字（需要一个既是可回推输入流，又是一个数据输入流的引用）：

   DataInputStream din = new DataInputStream(
      pbin = new PushbackInputStream(
         new BufferedInputStream(
            new Fi1eInputStream("emp1oyee.dat"))));
   

5. 从一个ZIP 压缩文件中通过使用下面的输入流序列来读入数字：

   ZipInputStream zin = new ZipInputStream(new Fi1eInputStream("emp1oyee.zip"));
   DataInputStream din = new DataInputStream(zin);
   

文本输入/输出（文本即字符）

在存储文本字符串时，需要考虑字符编码（character encoding）方式。

• 在 Java 内部使用的“UTF-16”编码方式中，字符串“1234”编码为“00 31 00 32 00 33 00 34”（十六进制）。但是，以“UTF-8”编码方式中为“4A 6F 73 C3 A9”；

文本：输入（“PrintWriter”）/输出（“Scanner”）

写出文本

“PrintWriter”：文本格式打印字符串和数字；

1. 它有一个将“PrintWriter”链接到“FileWriter”的便捷方法：

   PrintWriter out = new PrintWriter("employee.txt", "UTF-8");
   // 等同于
   PrintWriter out = new PrintWriter(new Fi1eOutputStream("employee.txt"), "UTF-8");
   

2. 需要使用与“System.out”类似的“print、println”和“printf”方法；

   （可以用这些方法来打印数字：int、short、1ong、float、double，字符，boolean值，字符串，及对象）

3. 如果写出器为自动冲刷模式，则每次调用“println”时，缓冲区中的字符都会被发送到目的地（打印写出器总是带缓冲区的）；

   （自动冲刷机制，默认禁用）

   PrintWriter out = new PrintWriter(
      new OutputStreamWriter(
         new Fi1eOutputStream("employee.txt"), "UTF-8"),
      true);   // auto flash
   

4. “print”方法不抛出异常，可以调用“checkError”方法来杳看输出流是否出现了某些错误；

• 关于行结束符：
  1. Windows 系统是“\r\n”；UIX 系统是“\n”；
  2. 可以通过“System.getProperty("line.separator")”获得目标系统行结束符；
  3. “println”方法在行中添加了对目标系统来说恰当的行结束符；

读入文本

读入文本方式：

1. 最简单的任意文本处理：“Scanner”类；【见[1]】

   // 通过输入流构造“Scanner”对象
   Scanner in = new Scanner(System.in);
   
   // 读取输入行
   String name = in.nextLine();
   
   // 读取字符串（以空格符作为分隔）
   String firstName = in.next();
   
   // 读取整数
   int age = in.nextInt();
   
   //读取浮点数
   double salary = in.nextDouble();
   

2. 短文本：（直接读取到一个字符串）

   String content = new String(Files.readAllBytes(path), charset);
   

3. 文本按行读入：（读取到一个字符串集合）

   List<String> 1ines = Files.readAllLines(path,charset);
   

4. 长文本：（利用流“Stream<String>”）

   try (Stream<String> lines = Files.lines(path, charset))
   {
      . . .
   }
   

5. （Java早期版本）通过“BufferReader”类：

   InputStream inputStream = . . . ;
   try (BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream, StandardCharsets.UTF_8)))
   {
      String line;􀀁
      while ((line = in.readline()) != null)
      {
         // do something with line
      }􀀁
   }
   

   “BufferedReader”类有一个“lines”方法，可以产生一个“Stream<String>”对象。

   • “BufferedReader”与“Scanner”不同，没有任何用于读入数字的方法。

【转换流】

转换流：（在“字节流”与“字符流中转换”）

1. “OutputStreamWriter”：将使用选定的字符编码方式，把 Unicode 码元的输出流转换为字节流。

   继承于“Writer”，是字符流通向字节流的桥梁；【写出：字符 -> 字节】

2. “InputStreamReader”：将包含字节（用某种字符编码方式表示的字符）的输入流转换为可以产生 Unicode 码元的读入器。

   继承于“Reader”，是字节流通向字符流的桥梁；【读入：字节 -> 字符】

   Reader in = new InputStreamReader(System.in);
   Reader in = new InputStreamReader(new Fi1eInputStream("data.txt"), StandardCharsets.UTF_8);
   

• 【“字节流”用于输出输出；“字符流”：用于代码中操作】

  应用如“基于Socket的聊天系统”：“字节流”用于传输；“字符流”在客户端显示；

• “OutputStreamWriter”与“InputStreamReader”属于字符流“Reader/Writer”结构层次；

【缓冲字符高级流：“BufferedWriter”和“BufferedReader”】

• 以“行”作为单位，进行读取/写出；

1. “BufferedReader”是“缓冲字符输入流”；
2. “BufferedWriter”是“缓冲字符输出流”；

【“OutputStreamWriter”、“PrintWriter”与“BufferedWriter”】

OutputStreamWriter	PrintWriter	BufferedWriter
可设置编码 可追加（append=true） 不能控制封包大小？ “buffersize”默认 8k bytes？ 封装字节流用于输出！	可设置编码 无追加模式（若写入已有文件，将会清空原文件重新写入） 不能控制封包大小？ 自动缓冲机制！	不能控制编码 可追加（append=true） 控制封包大小？ “buffersize”默认 8k chars？ “write”方法只能接受字符、字符数组和字符串！ 需手动换行，“bw.newLine()”！ 需手动刷新，“flush”！

• 需要字节流转换为字符流时使用“OutputStreamWriter”；需要文本输出使用“PrintWriter”；

字符编码方式

Java 针对字符使用的是 Unicode标准，有多种不同的字符编码方式：

1. “UTF-8”：（最常用）

   将每个Unicode编码点编码为1到4个字节的序列。（好处是ASCII字符集中的每个字符都只会占用一个字节）

2. “UTF-16”：（Java字符串中使用的编码方式）

   将每个Unicode编码点编码为1个或2个16位值。（分为“高位优先”和“低位优先”两种形式，通过文件的“字节顺序标记”来确定）

• UTF-8编码的文件不需要字节顺序标记；

“StandardCharsets”类具有类型为“Charset”的静态变量，用于表示每种Java虚拟机都必须支持的字符编码方式：

• StandardCharsets.UTF_8
• StandardCharsets.UTF_16
• StandardCharsets.UTF_16BE
• StandardCharsets.UTF_16LE
• StandardCharsets.IS0_8859_1
• StandardCharsets.US_ASCII

1. 为了获得另一种编码方式的“Charset”, 可以使用静态的“forName”方法：

   Charset shiftJIS = Charset.forName("Shift-JIS");
   

2. 在读入或写出文本时，应该使用“Charset”对象：

   // 将一个字节数组转换为字符串
   String str = new String(bytes, StandardCharsets.UTF_8);
   

• “Charset.defaultCharset”：静态方法，返回平台使用的编码方式；

  “Charset.availableCharsets”：静态方法，返回所有可用的“Charset”实例；

• 在不指定任何编码方式时，有些方法会使用默认的平台编码方式（如“String(byte[])”构造器），而其他方法会使用UTF-8（例如“Files.readAlllines”) 。
• Oracle的Java实现有一个用于覆盖平台默认值的系统属性“file.encoding”，但并非官方支持的属性，不应使用。

读写二进制数据

DataInput 和 DataOutput 接口 随机访问文件 ZIP 文档

对象输入/输出流与序列化

保存和加载序列化对象 理解对象序列化的文件格式 修改默认的序列化机制 序列化单例和类型安全的枚举 版本管理 为克隆使用序列化

操作文件

Path 读写文件 创建文件和目录 复制、移动和删除文件 获取文件信息 访问目录中的项 使用目录流 ZIP 文件系统

内存映射文件

内存映射文件的性能 缓冲区数据结构 文件加锁机制 正则表达式