Anarkh的知识库

主题

理解Java基础IO相关的知识，需要从以下几个点取理解。@anarkh

  • 什么是IO流?
  • Java IO基础类是怎么设计的，从数据传输方式，数据操作上分析?
  • Java IO基础四个抽象类和其实现源码?
  • Java IO涉及的设计模式?

IO相关概念 ​

IO理解分类 - 从传输方式上 ​

从数据传输方式或者说是运输方式角度看，可以将 IO 类分为:

1、字节流 2、字符流

字节流和字符流的区别: ​

  • 字节流读取单个字节，字符流读取单个字符(一个字符根据编码的不同，对应的字节也不同，如 UTF-8 编码中文汉字是 3 个字节，GBK编码中文汉字是 2 个字节。)
  • 字节流用来处理二进制文件(图片、MP3、视频文件)，字符流用来处理文本文件(可以看做是特殊的二进制文件，使用了某种编码，人可以阅读)。

简而言之，字节是给计算机看的，字符才是给人看的。

字节转字符Input/OutputStreamReader/Writer ​

编码就是把字符转换为字节，而解码是把字节重新组合成字符。

如果编码和解码过程使用不同的编码方式那么就出现了乱码。

  • GBK 编码中，中文字符占 2 个字节，英文字符占 1 个字节；
  • UTF-8 编码中，中文字符占 3 个字节，英文字符占 1 个字节；
  • UTF-16be 编码中，中文字符和英文字符都占 2 个字节。

UTF-16be 中的 be 指的是 Big Endian，也就是大端。相应地也有 UTF-16le，le 指的是 Little Endian，也就是小端。

Java 使用双字节编码 UTF-16be，这不是指 Java 只支持这一种编码方式，而是说 char 这种类型使用 UTF-16be 进行编码。char 类型占 16 位，也就是两个字节，Java 使用这种双字节编码是为了让一个中文或者一个英文都能使用一个 char 来存储。

IO理解分类 - 从数据操作上 ​

从数据来源或者说是操作对象角度看，IO 类可以分为:

  • 文件(file): FileInputStream、FileOutputStream、FileReader、FileWriter

  • 数组([]):

  • 字节数组(byte[]): ByteArrayInputStream、ByteArrayOutputStream

  • 字符数组(char[]): CharArrayReader、CharArrayWriter

  • 管道操作: PipedInputStream、PipedOutputStream、PipedReader、PipedWriter

  • 基本数据类型: DataInputStream、DataOutputStream

  • 缓冲操作: BufferedInputStream、BufferedOutputStream、BufferedReader、BufferedWriter

  • 打印: PrintStream、PrintWriter

  • 对象序列化反序列化: ObjectInputStream、ObjectOutputStream

  • 转换: InputStreamReader、OutputStreWriter

  • 字符串(String)Java8中已废弃: StringBufferInputStream、StringBufferOutputStream、StringReader、StringWriter

IO核心四个超类和常用方法 ​

基本的是 4 个抽象类: InputStream、OutputStream、Reader、Writer。最基本的方法也就是一个读 read() 方法、一个写 write() 方法。

  • InputStream 类
java
public abstract int read() 


public int read(byte b[]) 


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


public long skip(long n) 


public int available() 


public void close() 


public synchronized void mark(int readlimit) 


public synchronized void reset() 


public boolean markSupported()
  • OutputStream 类
java
public abstract void write(int b)


public void write(byte b[])


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


public void flush()


public void close()
  • Reader 类
java
public int read(java.nio.CharBuffer target)


public int read()


public int read(char cbuf[])


abstract public int read(char cbuf[], int off, int len)


public long skip(long n)


public boolean ready()


public boolean markSupported()


public void mark(int readAheadLimit)


public void reset()


abstract public void close()
  • Writer 类
java
public void write(int c)


public void write(char cbuf[])


abstract public void write(char cbuf[], int off, int len)


public void write(String str)


public void write(String str, int off, int len)


public Writer append(CharSequence csq)


public Writer append(CharSequence csq, int start, int end)


public Writer append(char c)


abstract public void flush()


abstract public void close()

IO设计模式 - 外观设计模式 ​

Java I/O 使用了装饰者模式来实现。以 InputStream 为例，

  • InputStream 是抽象组件；
  • FileInputStream 是 InputStream 的子类，属于具体组件，提供了字节流的输入操作；
  • FilterInputStream 属于抽象装饰者，装饰者用于装饰组件，为组件提供额外的功能。例如 BufferedInputStream 为 FileInputStream 提供缓存的功能。

image

实例化一个具有缓存功能的字节流对象时，只需要在 FileInputStream 对象上再套一层 BufferedInputStream 对象即可。

java
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(filePath);
BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(fileInputStream);

DataInputStream 装饰者提供了对更多数据类型进行输入的操作，比如 int、double 等基本类型。

IO常见类的使用 ​

Java 的 I/O 大概可以分成以下几类:

  • 磁盘操作: File
  • 字节操作: InputStream 和 OutputStream
  • 字符操作: Reader 和 Writer
  • 对象操作: Serializable
  • 网络操作: Socket

File相关 ​

File 类可以用于表示文件和目录的信息，但是它不表示文件的内容。

递归地列出一个目录下所有文件:

java
public static void listAllFiles(File dir) {
    if (dir == null || !dir.exists()) {
        return;
    }
    if (dir.isFile()) {
        System.out.println(dir.getName());
        return;
    }
    for (File file : dir.listFiles()) {
        listAllFiles(file);
    }
}

字节流相关 ​

java
public static void copyFile(String src, String dist) throws IOException {

    FileInputStream in = new FileInputStream(src);
    FileOutputStream out = new FileOutputStream(dist);
    byte[] buffer = new byte[20 * 1024];

    
    
    
    while (in.read(buffer, 0, buffer.length) != -1) {
        out.write(buffer);
    }

    in.close();
    out.close();
}

实现逐行输出文本文件的内容 ​

java
public static void readFileContent(String filePath) throws IOException {

    FileReader fileReader = new FileReader(filePath);
    BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(fileReader);

    String line;
    while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) {
        System.out.println(line);
    }

    
    
    
    bufferedReader.close();
}

序列化 & Serializable & transient ​

序列化就是将一个对象转换成字节序列，方便存储和传输。

  • 序列化: ObjectOutputStream.writeObject()
  • 反序列化: ObjectInputStream.readObject()

不会对静态变量进行序列化，因为序列化只是保存对象的状态，静态变量属于类的状态。

Serializable

序列化的类需要实现 Serializable 接口，它只是一个标准，没有任何方法需要实现，但是如果不去实现它的话而进行序列化，会抛出异常。

java
public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
    A a1 = new A(123, "abc");
    String objectFile = "file/a1";
    ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(objectFile));
    objectOutputStream.writeObject(a1);
    objectOutputStream.close();

    ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream(objectFile));
    A a2 = (A) objectInputStream.readObject();
    objectInputStream.close();
    System.out.println(a2);
}

private static class A implements Serializable {
    private int x;
    private String y;

    A(int x, String y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "x = " + x + "  " + "y = " + y;
    }
}

transient

transient 关键字可以使一些属性不会被序列化。

ArrayList 中存储数据的数组 elementData 是用 transient 修饰的，因为这个数组是动态扩展的，并不是所有的空间都被使用，因此就不需要所有的内容都被序列化。通过重写序列化和反序列化方法，使得可以只序列化数组中有内容的那部分数据。

java
private transient Object[] elementData;

Java 中的网络支持: ​

  • InetAddress: 用于表示网络上的硬件资源，即 IP 地址；
  • URL: 统一资源定位符；
  • Sockets: 使用 TCP 协议实现网络通信；
  • Datagram: 使用 UDP 协议实现网络通信。

InetAddress ​

没有公有的构造函数，只能通过静态方法来创建实例。

java
InetAddress.getByName(String host);
InetAddress.getByAddress(byte[] address);

URL ​

可以直接从 URL 中读取字节流数据。

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

    URL url = new URL("http://www.baidu.com");

    
    InputStream is = url.openStream();

    
    InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is, "utf-8");

    
    BufferedReader br = new BufferedReader(isr);

    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) {
        System.out.println(line);
    }

    br.close();
}

Sockets ​

  • ServerSocket: 服务器端类
  • Socket: 客户端类
  • 服务器和客户端通过 InputStream 和 OutputStream 进行输入输出。

image

Datagram ​

  • DatagramSocket: 通信类
  • DatagramPacket: 数据包类

常见问题 ​

  • Java 字节读取流的read方法返回int的原因

https://blog.csdn.net/congwiny/article/details/18922847

参考文章 ​