Java：InputStream、OutputStream（一）——概述

2023-08-02 10:01:52

1、说明

InputStream和OutputStream是Java标准库中最基本的IO流，它们都位于java.io包中，该包提供了所有同步IO的功能。

2、模块：java.io.InputStream java.io.OutputStream

3、用法

3.1、read&write

二者都不是接口，而是抽象类，它们分别是所有输入流和输出流的超类。这两个抽象类定义了两个最重要的方法：

int read()：读取输入流的下一个byte，返回该byte表示的int值（0~255）。读到末尾，返回-1表示不能继续读了。
void write( int b )：写一个byte到输出流。虽然传入的是int，但只会写入1 byte，即该int的最低8位表示字节的部分（ b & 0xff ）

public abstract int read() throws IOException;
public abstract void write(int b) throws IOException;

3.2、实现类

FileInputStream：从文件流中读取数据

下面的代码演示了如何完整地读取一个FileInputStream的所有字节：

public void readFile throws IOException{
    //创建一个FileInputStream对象
    InputStream input = new FileInputStream("src/readme.txt");
    for(;;){
        int n = input.read(); //反复调用read()，直到返回-1
        if(n==-1){
            break;
        }
        System.out.println(n);//打印byte值
    }
    input.close();
}

在计算机中，应用程序如果打开了有一个文件进行读写，完成后要及时关闭，以便OS把资源释放。

FileOutputStream：将若干字节写入文件流

下面代码演示了如何将多个bytes写入文件流：

public void writeFile() throws IOException{
    OutputStream output = new FileOutputStream("out/readme.txt");
    output.write(72);//H
    ...
    output.write(111);//o
    output.close();
}

每次写入1byte太麻烦，更常见的是一次性写入多个bytes。可以通过OutputStream提供的重载方法void write( byte[ ] )来实现：

public void writeFile() throws IOException{
    OutputStream output = new FileOutputStream("out/readme.txt");
    output.write("Hello".getBytes("UTF-8"));
    output.close();
}

3.3、close

在操作完之后，InputStream和OutputStream都需要通过close()来关闭流，之后OS会释放底层资源。

3.3^°、flush

只用于OutputStream，目的是将buffer内容真正输出到目的地。

因为写的时候，出于效率考虑，OS不是每次直接把1 byte写入文件或发送到网络，而是先放到内存buffer（本质上是byte [ ]数组），等到buffer写满，再一次性写入文件或网络。

对所有IO设备来说，一次写1B或1000B，花费的时间几乎相同，所以OutputStream有flush()方法，能强制把buffer内容输出。

调用时机

通常情况下，我们不需要调用这个flush()，因为①buffer写满了OutputStream会自动调用它；②调用close()关闭OutputStream之前，也会自动调用flush()方法。

但是某些时机我们需要手动调用flush()，比如在实现一个即时通讯软件时，用户发一句就要flush一句，而不能等待buffer满。

InputStream buffer

InputStream也有buffer。当从FileInputStream读取1 byte时，OS往往会一次性读取多个 bytes到buffer，read时直接返回buffer中的byte，而不是每次都IO 1 byte。

3.4、IOException

读写IO流时，可能发生错误，例如文件不存在、权限异常，它们由JVM封装为IOException抛出。

因此，所有与IO相关的代码都必须处理IOException。

实际使用时，为了避免读取时发生IO错误，IO流无法正确关闭，资源也无法及时释放，所以我们要用try...finally来保证IO流正确关闭：

    public void readFile() throws IOException {
        InputStream input = null;
        try {
            input = new FileInputStream("src/readme.txt");
            int n;
            while ((n = input.read()) != -1) {
                System.out.println(n);
            }
        } finally {
            if (input != null) {
                input.close();
            }
        }
    }

用try...finally来编写会感觉复杂，更好的写法是利用Java 7引入新的try(resource)语法，只需要编写try语法，就能让编译器自动为我们关闭资源。推荐写法如下：

//InputStream
public void readFile() throws IOException{
    try(InputStream input = new FileInputStream("src/readme.txt")){
        int n;
        while((n=input.read())!=-1)
            System.out.println(n);
    }//编译器在此自动为我们写入finally并调用close()
}

//OutputStream
public void writeFile() throws IOException{
    OutputStream output = new FileOutputStream("out/readme.txt");
    output.write("Hello".getBytes("UTF-8"));//Hello
    output.close();
}

同时操作多个资源时，在try(resource){ ... }中可以同时写出多个资源，用;隔开。例如同时读写两个文件：

        //读取input.txt,写入output.txt
        try(InputStream input = new FileInputStream("input.txt");
        OutputStream output = new FileOutputStream("output.txt")){
            input.transferTo(output);
        }

不过实际上，编译器并不会特别为InputStream加上自动关闭。只看resource是否实现了java.lang.AutoCloseable接口，如果实现了，就自动加上finally并调用close()方法。InputStream、OutputStream都实现了这个接口，因此都可以用在try( resoucrce )中。

4、缓冲

IO流中，每次用read()、write()读写1 byte未免太麻烦了。IO流各提供了两个重载方法来支持读写多个字节：

read( byte[ ] b )：从输入流中读取一定数量的bytes，并将之存入缓冲数组b中；
read( byte[ ] b , int off , int len )：从输出流中off byte处开始读取len bytes到缓冲数组b中；
write( byte[ ] b )：将b中的所有byte写入输出流中；
write( byte[ ] b , int off , int len )：从b中的off处开始，写入len bytes到输出流中。

利用read方法一次读取多个bytes时，需要先定义一个byte[ ]作为buffer，read会尽可能多的读取byte到buffer，但不会超过buffer大小。read返回实际读取的byte数，如果返回-1，表示没有更多的数据了。

4.1、read

用buffer一次读取多个bytes的代码如下：

public void readFile() throws IOException{
    try(InputStream input = new FileInputStream("src/readme.txt")){
        byte[] buffer = new byte[1000];
        int n;
        while((n=input.read(buffer))!=-1)//读取到buffer
            System.out.println("read "+n+" bytes.");
    }
}

5、阻塞

之前我们说过java.io是同步io，在进行IO时，会中断程序运行，直到数据IO完毕——此之谓阻塞。

6、其他InputStream实现类

用FileInputStream可以从文件获取输入流，这是InputStream常用的一个实现类。

6.1、ByteArrayInputStream

在内存中模拟一个InputStream：

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        byte [] data ={ 72, 101, 108, 108, 111, 33 };
        try(InputStream input = new ByteArrayInputStream(data)){
            int n;
            while((n=input.read())!=-1)
                System.out.println((char)n);
        }
    }
}

ByteArrayInputStream实际上是把一个byte[ ]数组在内存中变成一个InputStream，虽然应用不多，但测试时可以用来构造一个InputStream。

7、其他OutputStream实现类

7.2、ByteArrayOutputStream

在内存中模拟一个OutputStream：

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        byte[] data;
        try (ByteArrayOutputStream output = new ByteArrayOutputStream()) {
            output.write("Hello".getBytes("UTF-8"));
            output.write("world!".getBytes("UTF-8"));
            data = output.toByteArray();
        }
        System.out.println(new String(data, "UTF-8"));
    }
}

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