IO流输入输出流字符字节流

2023-07-23 09:14:34

一、流

1.流的概念
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。
2.流的分类
根据处理数据类型的不同分为：字符流和字节流，字符流处理的单元为 2 个字节的 Unicode 字符，分别操作字符、字符数组或字符串，而字节流处理单元为 1 个字节，操作字节和字节数组。
根据数据流向不同分为：输入流和输出流

3.字符流和字节流
3.1 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。 Java 内用 Unicode 编码存储字符，字符流处理类负责将外部的其他编码的字符流和 java 内 Unicode 字符流之间的转换。
3.2 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。
（3）字节流在操作的时候本身是不会用到缓冲区的，是文件本身的直接操作的；而字符流在操作的时候下后是会用到缓冲区的，是通过缓冲区来操作文件，我们将在下面验证这一点。

结论：优先选用字节流。首先因为硬盘上的所有文件都是以字节的形式进行传输或者保存的，包括图片等内容。但是字符只是在内存中才会形成的，所以在开发中，字节流使用广泛。从效率而言，字符流（一次可以处理一个缓冲区）一次操作比字节流（一次一个字节）效率高。

4.输入流和输出流
对输入流只能进行读操作，对输出流只能进行写操作，程序中需要根据待传输数据的不同特性而使用不同的流。输入输出流的流向是相对于程序而言。
输入流：InputStream 读入就是从外部文件中读取数据到程序。对应 Reader；
输出流: OutputStream 写出就是将数据从程序写入到外部文件。对应 Writer；

二、字节流

1.字节流概述
1）字节流和字符流的基本操作是相同的，但是要想操作媒体流就需要用到字节流。
2）字节流因为操作的是字节，所以可以用来操作媒体文件。（媒体文件也是以字节存储的）
3）读写字节流：InputStream 输入流（读）和OutputStream 输出流（写）
4）字节流操作可以不用刷新流操作。
5）InputStream特有方法：
int available(); //返回文件中的字节个数

注：可以利用此方法来指定读取方式中传入数组的长度，从而省去循环判断。但是如果文件较大，而虚拟机启动分配的默认内存一般为64M。当文件过大时，此数组长度所占内存空间就会溢出。所以，此方法慎用，当文件不大时，可以使用

2. 字节流缓冲区
1）缓冲区的出现时为了提高流的操作效率而出现的.
2）需要被提高效率的流作为参数传递给缓冲区的构造函数
3）在缓冲区中封装了一个数组，存入数据后一次取出

3.输入字节流InputStream
定义和结构说明：
从输入字节流的继承图可以看出：InputStream 是所有的输入字节流的父类，它是一个抽象类。
ByteArrayInputStream、StringBufferInputStream、FileInputStream 是三种基本的介质流，它们分别从Byte 数组、StringBuffer、和本地文件中读取数据。
PipedInputStream 是从与其它线程共用的管道中读取数据，与Piped 相关的知识后续单独介绍。
ObjectInputStream 和所有FilterInputStream的子类都是装饰流（装饰器模式的主角）。意思是FileInputStream类可以通过一个String路径名创建一个对象，FileInputStream(String name)。
DataInputStream必须装饰一个类才能返回一个对象，DataInputStream(InputStream in)。

public static void main(String[] args) throws IOException {

　　File f=new File("aaa.txt"); //定位文件位置

　　InputStream in=new FileInputStream(f); //创建字节输入流连接到文件

　　byte[] b=new byte[1024]; //定义一个数组，用来存放读入的数据 byte数组的大小也可以根据文件大小来定 (int)f.length()

　　int count =0;

　　int temp=0;

　　while((temp=in.read())!=(-1)){ //in.read（）是逐字节读的。当读到文件末尾时候返回-1

　　　　b[count++]=(byte)temp; //将读到的字节存储到byte数组中

　　}

　　in.close(); //关闭流

　　System.out.println(new String(b)); //打印读取到的字节

}

注意：当读到文件末尾的时候会返回-1.正常情况下是不会返回-1的。

加入字节缓冲输入流，提高了读取效率

public static void main(String[] args) throws IOException {

　　File f=new File("aaa.txt"); //定位文件位置

　　InputStream in=new FileInputStream(f); //创建字节输入流连接到文件

　　BufferedInputStream bis=new BufferedInputStream(in); //创建缓冲字节流

　　byte[] b=new byte[1024]; //定义一个数组，用来存放读入的数据 byte数组的大小也可以根据文件大小来定 (int)f.length()

　　int count =0;

　　int temp=0;

　　bis.read();

　　while((temp=bis.read())!=(-1)){ //in.read（）是逐字节读的。当读到文件末尾时候返回-1

　　　　b[count++]=(byte)temp; //将读到的字节存储到byte数组中

　　}

　　bis.close(); //关闭缓冲字节流

　　in.close(); //关闭流

　　System.out.println(new String(b)); //打印读取到的字节

}

4.输出字节流OutputStream

定义和结构说明：

IO 中输出字节流的继承图可见上图，可以看出：OutputStream 是所有的输出字节流的父类，它是一个抽象类。
ByteArrayOutputStream、FileOutputStream是两种基本的介质流，它们分别向Byte 数组、和本地文件中写入数据。
PipedOutputStream 是向与其它线程共用的管道中写入数据，
ObjectOutputStream 和所有FilterOutputStream的子类都是装饰流。具体例子跟InputStream是对应的。

public static void main(String[] args) throws IOException {

　　File f = new File("aaa.txt"); // 定位文件位置

　　OutputStream out = new FileOutputStream(f); // 创建字节输出流连接到文件

　　String str = "hhhhhhh";

　　byte[] b = str.getBytes(); //讲数据存入byte数组

　　out.write(b); //写数据

　　out.close(); //关闭流

}

加入字节缓冲输入流，提高了读取效率

public static void main(String[] args) throws IOException {

　　File f = new File("aaa.txt"); // 定位文件位置

　　OutputStream out = new FileOutputStream(f); // 创建字节输出流连接到文件

　　BufferedOutputStream bos=new BufferedOutputStream(out);

　　String str = "hhhhhhh";

　　byte[] b = str.getBytes(); //讲数据存入byte数组

　　bos.write(b); //写数据

　　bos.close(); //关闭缓冲流

　　out.close(); //关闭流

}

5.几个特殊的输入流类分析

LineNumberInputStream
主要完成从流中读取数据时，会得到相应的行号，至于什么时候分行、在哪里分行是由改类主动确定的，并不是在原始中有这样一个行号。在输出部分没有对应的部分，我们完全可以自己建立一个LineNumberOutputStream，在最初写入时会有一个基准的行号，以后每次遇到换行时会在下一行添加一个行号，看起来也是可以的。好像更不入流了。

PushbackInputStream
其功能是查看最后一个字节，不满意就放入缓冲区。主要用在编译器的语法、词法分析部分。输出部分的BufferedOutputStream 几乎实现相近的功能。

StringBufferInputStream

已经被Deprecated，本身就不应该出现在InputStream部分，主要因为String 应该属于字符流的范围。已经被废弃了，当然输出部分也没有必要需要它了！还允许它存在只是为了保持版本的向下兼容而已。

SequenceInputStream
可以认为是一个工具类，将两个或者多个输入流当成一个输入流依次读取。完全可以从IO 包中去除，还完全不影响IO 包的结构，却让其更“纯洁”――纯洁的Decorator 模式。

三、字符流

1.字符输入流Reader
定义和说明：

在上面的继承关系图中可以看出：Reader 是所有的输入字符流的父类，它是一个抽象类。
CharReader、StringReader是两种基本的介质流，它们分别将Char 数组、String中读取数据。
PipedReader 是从与其它线程共用的管道中读取数据。
BufferedReader 很明显就是一个装饰器，它和其子类负责装饰其它Reader 对象。
FilterReader 是所有自定义具体装饰流的父类，其子类PushbackReader 对Reader 对象进行装饰，会增加一个行号。
InputStreamReader 是一个连接字节流和字符流的桥梁，它将字节流转变为字符流。FileReader可以说是一个达到此功能、常用的工具类，在其源代码中明显使用了将FileInputStream 转变为Reader 的方法。我们可以从这个类中得到一定的技巧。Reader 中各个类的用途和使用方法基本和InputStream 中的类使用一致。后面会有Reader 与InputStream 的对应关系。

public static void main(String[] args) throws IOException {

    File f = new File("aaa.txt"); // 定位文件位置

    char[] ch = new char[100]; //定义一个数组，用来存放读入的数据

    Reader read = new FileReader(f); //创建字符输入流连接到文件

    int count = read.read(ch); //读操作

    read.close(); //关闭流

    System.out.println("读入的长度为：" + count);

    System.out.println("内容为" + new String(ch, 0, count));

}

加入缓冲流提高效率。

public static void main(String[] args) throws IOException {

    File f = new File("aaa.txt"); // 定位文件位置

    char[] ch = new char[100]; //定义一个数组，用来存放读入的数据

    Reader read = new FileReader(f); //创建字符输入流连接到文件

    BufferedReader bfr=new BufferedReader(read); //创建缓冲流

    int count = bfr.read(ch); //读操作

    bfr.close(); //关闭缓冲流

    read.close(); //关闭流

    System.out.println("读入的长度为：" + count);

    System.out.println("内容为" + new String(ch, 0, count));

}

2.字符输出流Writer

定义和说明：

在上面的关系图中可以看出：Writer 是所有的输出字符流的父类，它是一个抽象类。
CharArrayWriter、StringWriter 是两种基本的介质流，它们分别向Char 数组、String 中写入数据。
PipedWriter 是向与其它线程共用的管道中写入数据，
BufferedWriter 是一个装饰器为Writer 提供缓冲功能。
PrintWriter 和PrintStream 极其类似，功能和使用也非常相似。
OutputStreamWriter 是OutputStream 到Writer 转换的桥梁，它的子类FileWriter 其实就是一个实现此功能的具体类（具体可以研究一SourceCode）。功能和使用和OutputStream 极其类似。

public static void main(String[] args) throws IOException {

    File f=new File("aaa.txt"); // 定位文件位置

    Writer out =new FileWriter(f); //创建字符输出流连接到文件

    String str="哈哈哈哈哈哈";

    out.write(str); //写操作

    out.close(); //关闭流

}

加入缓冲流提高效率。

public static void main(String[] args) throws IOException {

    File f=new File("aaa.txt"); // 定位文件位置

    Writer out =new FileWriter(f); //创建字符输出流连接到文件

    BufferedWriter bfw =new BufferedWriter(out); //创建缓冲流

    String str="哈哈哈哈哈哈";

    bfw.write(str); //写操作

    bfw.close(); //关闭缓冲流

    out.close(); //关闭流

}

四、字符流与字节流转换

转换流的特点：
（1）其是字符流和字节流之间的桥梁
（2）可对读取到的字节数据经过指定编码转换成字符
（3）可对读取到的字符数据经过指定编码转换成字节
何时使用转换流？
当字节和字符之间有转换动作时；
流操作的数据需要编码或解码时。
具体的对象体现：
InputStreamReader:字节到字符的桥梁
OutputStreamWriter:字符到字节的桥梁
这两个流对象是字符体系中的成员，它们有转换作用，本身又是字符流，所以在构造的时候需要传入字节流对象进来。

/**
* 将字节输出流转化为字符输出流
* */
public static void main(String[] args) throws IOException {

    File file=new File("aaa.txt");

    Writer out=new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(file));

    out.write("hello");

    out.close();

}

/**

* 将字节输入流变为字符输入流

* */

public static void main(String[] args) throws IOException {

    File file=new File("aaa.txt");

    Reader read=new InputStreamReader(new FileInputStream(file));

    char[] b=new char[100];

    int len=read.read(b);

    System.out.println(new String(b,0,len));

    read.close();

}

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