Java IO -Streams

 

引言

在Java编程中，IO（输入/输出）操作是与外部世界交互的基础。无论是读取用户输入、写入文件还是通过网络传输数据，IO都是不可或缺的一部分。本文将深入探讨Java IO的各个方面，帮助您掌握这一关键技术。

Java IO基础

Java IO基于两个主要的抽象： 流 （Streams）和 通道 （Channels）。流是数据传输的通道，而通道是流的源头或目的地。

Streams

字节流与字符流

字节流操作原始二进制数据，适合处理图片、音频等非文本文件。而字符流操作字符数据，并自动处理字符编码的转换，适合文本文件的处理。

字节流示例

try (FileInputStream fis = new FileInputStream("binaryfile.bin")) {
    byte[] buffer = new byte[fis.available()];
    fis.read(buffer);
    // 处理字节数据
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

字符流示例

try (FileReader fr = new FileReader("textfile.txt")) {
    char[] buffer = new char[1024];
    int numChars;
    while ((numChars = fr.read(buffer)) > 0) {
        // 处理字符数据
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

特殊流

对字节流或者字符流进行二次包装而产生的

缓冲流

缓冲流是字节流和字符流的包装类。缓冲流通过内部缓冲区减少物理读写次数，显著提高IO效率。BufferedInputStream和BufferedOutputStream``BufferedReader和BufferedWriter可以减少实际的IO操作次数，提高效率。

缓冲流示例

try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("textfile.txt"))) {
    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) {
        // 处理每一行文本
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

数据流

1. 数据流是专门为了读写基本数据类型设计的，可以看作是字节流的子集，字节流的包装类。数据流可以自动处理基本数据类型的转换，如int、double等
2. 数据流提供了方便的方法来读取和写入基本数据类型

数据流示例

try (DataOutputStream dos = new DataOutputStream(new FileOutputStream("datafile.dat"))) {
    dos.writeInt(2024);
    dos.writeDouble(3.14159);
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

对象流

对象流是字节流的扩展，提供了对对象的序列化支持，可以将对象的状态转换为字节序列，或从字节序列中恢复对象状态

对象流示例

try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("objectfile.dat"))) {
   MySerializableClass obj = new MySerializableClass();
   oos.writeObject(obj);
} catch (IOException e) {
   e.printStackTrace();
}

结构图

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@startuml
skinparam classAttributeColorBackground PaleGreen
skinparam classStereotypeColor NavyBlue
class InputStream {
  - int read()
   ...
}
class OutputStream {
  - void write(int b)
   ...
}
class Reader {
  - int read(char[] cbuf)
   ...
}
class Writer {
  - void write(char[] cbuf, int off, int len)
   ...
}
class ObjectInputStream {
  - T readObject()
   ...
}
class ObjectOutputStream {
  - void writeObject(Object obj)
   ...
}
class FileInputStream {
  + InputStream inputStream
}
class FileOutputStream {
  + OutputStream outputStream
}
class FileReader {
  + Reader reader
}
class FileWriter {
  + Writer writer
}
class BufferedInputStream {
  + InputStream inputStream
}
class BufferedOutputStream {
  + OutputStream outputStream
}
class BufferedReader {
  + Reader reader
}
class BufferedWriter {
  + Writer writer
}
class DataInputStream {
  + InputStream inputStream
  ...
}
class DataOutputStream {
  + OutputStream outputStream
  ...
}
class Serializable {
  -- 序列化接口
}
ObjectInputStream ..|> InputStream
ObjectOutputStream ..|> OutputStream
InputStream <|-- FileInputStream
OutputStream <|-- FileOutputStream
Reader <|-- FileReader
Writer <|-- FileWriter
InputStream <|-- BufferedInputStream
OutputStream <|-- BufferedOutputStream
Reader <|-- BufferedReader
Writer <|-- BufferedWriter
InputStream ..|> DataInputStream
OutputStream ..|> DataOutputStream
ObjectOutputStream .. Serializable
@enduml

总结

1. 当你需要处理文本数据时，应使用字符流
2. 当你需要处理二进制数据时，应使用字节流
3. 当你需要提高读写效率时，可以在字节流或字符流的基础上使用缓冲流
4. 当你需要读写基本数据类型时，可以使用数据流
5. 当你需要将对象的状态保存到文件或通过网络传输时，应使用对象流