2.1.13 Java IO(二)

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2023-12-01

一、IO流的概念

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/输出源抽象表述为"流"。流是一组有顺序的，有起点和终点的字节集合，是对数据传输的总称或抽象。即数据在两设备间的传输称为流，流的本质是数据传输，根据数据传输特性将流抽象为各种类，方便更直观的进行数据操作。
流有输入和输出，输入时是流从数据源流向程序。输出时是流从程序传向数据源，而数据源可以是内存，文件，网络或程序等。

二、IO流的分类

1.输入流和输出流

根据数据流向不同分为：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。

如下如所示：对程序而言，向右的箭头，表示输入，向左的箭头，表示输出。

2.字节流和字符流

字节流和字符流和用法几乎完全一样，区别在于字节流和字符流所操作的数据单元不同。
字符流的由来：因为数据编码的不同，而有了对字符进行高效操作的流对象。本质其实就是基于字节流读取时，去查了指定的码表。字节流和字符流的区别：
（1）读写单位不同：字节流以字节（8bit）为单位，字符流以字符为单位，根据码表映射字符，一次可能读多个字节。
（2）处理对象不同：字节流能处理所有类型的数据（如图片、avi等），而字符流只能处理字符类型的数据。

只要是处理纯文本数据，就优先考虑使用字符流。除此之外都使用字节流。

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，节点流也被成为低级流。
处理流是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。

//节点流，直接传入的参数是IO设备
FileInputStream fis = new FileInputStream("test.txt");
//处理流，直接传入的参数是流对象
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);

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，程序实际所访问的数据源也相应地发生变化。
实际上，Java使用处理流来包装节点流是一种典型的装饰器设计模式，通过使用处理流来包装不同的节点流，既可以消除不同节点流的实现差异，也可以提供更方便的方法来完成输入/输出功能。

三、IO流的四大基类

根据流的流向以及操作的数据单元不同，将流分为了四种类型，每种类型对应一种抽象基类。这四种抽象基类分别为：InputStream,Reader,OutputStream以及Writer。四种基类下，对应不同的实现类，具有不同的特性。在这些实现类中，又可以分为节点流和处理流。下面就是整个由着四大基类支撑下，整个IO流的框架图。

InputStream,Reader,OutputStream以及Writer，这四大抽象基类，本身并不能创建实例来执行输入/输出，但它们将成为所有输入/输出流的模版，所以它们的方法是所有输入/输出流都可以使用的方法。类似于集合中的Collection接口。

1.InputStream

InputStream 是所有的输入字节流的父类，它是一个抽象类，主要包含三个方法：

//读取一个字节并以整数的形式返回(0~255),如果返回-1已到输入流的末尾。 
int read() ； 
//读取一系列字节并存储到一个数组buffer，返回实际读取的字节数，如果读取前已到输入流的末尾返回-1。 
int read(byte[] buffer) ； 
//读取length个字节并存储到一个字节数组buffer，从off位置开始存,最多len， 返回实际读取的字节数，如果读取前以到输入流的末尾返回-1。 
int read(byte[] buffer, int off, int len) ；

2.Reader

Reader 是所有的输入字符流的父类，它是一个抽象类，主要包含三个方法：

//读取一个字符并以整数的形式返回(0~255),如果返回-1已到输入流的末尾。 
int read() ； 
//读取一系列字符并存储到一个数组buffer，返回实际读取的字符数，如果读取前已到输入流的末尾返回-1。 
int read(char[] cbuf) ； 
//读取length个字符,并存储到一个数组buffer，从off位置开始存,最多读取len，返回实际读取的字符数，如果读取前以到输入流的末尾返回-1。 
int read(char[] cbuf, int off, int len)

对比InputStream和Reader所提供的方法，就不难发现两个基类的功能基本一样的，只不过读取的数据单元不同。

在执行完流操作后，要调用close()方法来关系输入流，因为程序里打开的IO资源不属于内存资源，垃圾回收机制无法回收该资源，所以应该显式关闭文件IO资源。

除此之外，InputStream和Reader还支持如下方法来移动流中的指针位置：

//在此输入流中标记当前的位置
//readlimit - 在标记位置失效前可以读取字节的最大限制。
void mark(int readlimit)
// 测试此输入流是否支持 mark 方法
boolean markSupported()
// 跳过和丢弃此输入流中数据的 n 个字节/字符
long skip(long n)
//将此流重新定位到最后一次对此输入流调用 mark 方法时的位置
void reset()

3.OutputStream

OutputStream 是所有的输出字节流的父类，它是一个抽象类，主要包含如下四个方法：

//向输出流中写入一个字节数据,该字节数据为参数b的低8位。 
void write(int b) ; 
//将一个字节类型的数组中的数据写入输出流。 
void write(byte[] b); 
//将一个字节类型的数组中的从指定位置（off）开始的,len个字节写入到输出流。 
void write(byte[] b, int off, int len); 
//将输出流中缓冲的数据全部写出到目的地。 
void flush();

4.Writer

Writer 是所有的输出字符流的父类，它是一个抽象类,主要包含如下六个方法：

//向输出流中写入一个字符数据,该字节数据为参数b的低16位。 
void write(int c); 
//将一个字符类型的数组中的数据写入输出流， 
void write(char[] cbuf) 
//将一个字符类型的数组中的从指定位置（offset）开始的,length个字符写入到输出流。 
void write(char[] cbuf, int offset, int length); 
//将一个字符串中的字符写入到输出流。 
void write(String string); 
//将一个字符串从offset开始的length个字符写入到输出流。 
void write(String string, int offset, int length); 
//将输出流中缓冲的数据全部写出到目的地。 
void flush()

可以看出，Writer比OutputStream多出两个方法，主要是支持写入字符和字符串类型的数据。

使用Java的IO流执行输出时，不要忘记关闭输出流，关闭输出流除了可以保证流的物理资源被回收之外，还能将输出流缓冲区的数据flush到物理节点里（因为在执行close()方法之前，自动执行输出流的flush()方法）

以上内容就是整个IO流的框架介绍。