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Java 中什么是 IO 流,字节流、字符流两者区别,缓冲流原理代码剖析

从接收输入值说起

在日常的开发应用中,有时候需要直接接收外部设备如键盘等的输入值,而对于这种数据的接收方式,我们一般有三种方法:字节流读取,字符流读取,Scanner 工具类读取。

字节流读取

直接看一个例子:

public class Demo01SystemIn {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        int a = System.in.read();
        System.out.println(a);
        char c = 'a';
        System.out.println((int) c);
    }
}

运行程序之后,会被 read 方法阻塞,这时候在控制台输入一个字符 a,那么上面的程序两句话都会输出 97,这个没问题,因为小写字母 a 对应的就是 97,那么假如我们输入一个中文会出现什么结果呢?

把上面示例中的 a 修改为 中,然后运行程序,在控制台同样输入 中,则会得到 228 和 20013,这就说明我们控制台输入的 中 并没有全部读取,原因就是 read 只能读取 1 个字节,为了进一步验证结论,我们将上面的例子进行改写:

public class Demo01SystemIn {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        char a = (char) System.in.read();//读取一个字节
        System.out.println(a);
        char c = '中';
        System.out.println(c);
    }
}

运行之后得到如下结果:

watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=

可以看到,第一个输出乱码了,因为 System.in.read() 一次只能读取一个字节,而中文在 utf-8 编码下占用了 3 个字节。正因为 read 方法一次只能读取一个字节,所以其范围只能在 -1~255 之间,-1 表示已经读取到了结尾。

那么如果想要完整的读取中文应该怎么办呢?

字符流读取

我们先看下面一个例子:

public class Demo01SystemIn {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        InputStreamReader inputStreamReader1 = new InputStreamReader(System.in);
        int b = inputStreamReader1.read();//只能读一个字符
        System.out.println(b);

        InputStreamReader inputStreamReader2 = new InputStreamReader(System.in);
        char[] chars = new char[2];
        int c = inputStreamReader2.read(chars);//读入到指定char数组,返回当前读取到的字符数
        System.out.println("读取的字符数为:" + c);
        System.out.println(chars[0]);
        System.out.println(chars[1]);
    }
}

运行之后,输出结果如下所示:

watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=

这个时候我们已经能完成的读取到一个字符了,当然,有时候为了优化,我们需要使用 BufferedReader 进行进一步的包装:

BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

这种方式虽然解决了读取中文会乱码问题,但是使用起来也不是很方便,所以一般读取键盘输入信息我们都会采用 Scnner 来读取。

Scanner 读取

Scanner 实际上还是对 System.in 进行了封装,并提供了一系列方法来读取不同的字符类型,比如 nextInt,nextFloat,以及 next 等。

public class Demo02Scnner {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (scanner.hasNextInt()){
            System.out.println(scanner.nextInt());
        }
    }
}

什么是 IO 流

流是一种抽象概念,它代表了数据的无结构化传输(摘自百度百科)。IO 流对应的就是 InPut 和 Output,也就是输入和输出。输入和输出这个概念是针对于应用程序而言,比如当前程序中需要读取文件中的内容,那么这就是输入,而如果需要将应用程序本身的数据发送到其他应用,就对应了输出。

字节流和字符流

根据流的处理方式又可以将流可以分为两种类型:字节流和字符流。

字节流

字节流读取的基本单位为字节,采用的是 ASCII 编码,通常用来处理二进制数据,其顶层抽象类为 InputStream 和 OutputStream,比如上面示例中的 System.in 实际上就是获取到了一个 InputStream 类。

Java 中的流家族非常庞大,提供了非常多的具有不同功能的流,在实际应用中我们可以选择不同的组合达到目的。

1、字节输入流

下图为字节输入流家族关系示意图:

watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=

从上图可以看出这些结构非常清晰,首先是一个最顶层的接口,其次就是一些不同功能的基础流,比如我们最常用的 FileInputStream 就是用来读取文件的,这其中有一个 FilterInputStream 流,这个流主要是用来扩展基础流功能,其本身只是简单的覆盖了父类 InputStream 中的所有方法,并没有做什么特殊处理,真正的功能扩展需要依赖于其众多的子类,比如最常用的 BufferedInputStream 提供了数据的缓冲,从而提升读取流的效率,而 DataInputStream 是可以用来处理二进制数据等等。

通过这些众多不同功能的流来组合,可以灵活的读取我们需要的数据。比如当我们需要读取一个二进制文件,那么就需要使用 DataInputStream,而 DataInputStream 本身不具备直接读取文件内容的功能,所以需要结合 FileInputStream:

FileInputStream fin = new FileInputStream("E:\\test.txt");
DataInputStream din = new DataInputStream(fin);
System.out.println(din.readInt());

同时,如果我们想要使用缓冲机制,又可以进一步组装

BufferedInputStream:

FileInputStream fin = new FileInputStream("E:\\test.txt");
DataInputStream din = new DataInputStream(new BufferedInputStream(fin));
System.out.println(din.readInt());

还有一种流比较有意思,那就是 PushbackInputStream,这个流可以将读出来的数据重新推回到流中:

public class Demo03 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileInputStream fin = new FileInputStream("E:\\test.txt");//文档内存储 abcd
        PushbackInputStream pin = new PushbackInputStream(new BufferedInputStream(fin));

        int a = pin.read();//读取到a
        System.out.println(a);
        if (a != 'b'){
            pin.unread(a);//将 a 推回流中
        }
        System.out.println(pin.read());//再次读取到 a
        System.out.println(pin.read());//读取到 b
        System.out.println(pin.read());// 读取到 c
    }
}

2、字节输出流

下图为字节输出流家族关系示意图:

watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=

这个结构和输入流的结构基本类似,同样的我们也可以通过组合来实现不同的输出。

比如普通的输出文件,可以使用 FileOutputStream 流:

FileOutputStream fout = new FileOutputStream("E:\\test2.txt");
fout.write(1);
fout.write(2);

如果想要输出二进制格式,那么就可以组合 DataOutputStream 流:

FileOutputStream fout = new FileOutputStream("E:\\test2.txt");
DataOutputStream dout = new DataOutputStream(fout);
dout.write(9);
dout.write(10);

3、缓冲流的原理

IO 操作是一个比较耗时的操作,而字节流的 read 方法一次只能返回一个字节,那么当我们需要读取多个字节时就会出现每次读取都要进行一次 IO 操作,而缓冲流内部定义了一个大小为 8192 的 byte 数组,当我们使用了缓冲流时,读取数据的时候则会一次性最多读取 8192 个字节放到内存,然后一个个依次返回,这样就大大减少了 IO 次数;同样的,写数据时,缓冲流会将数据先写到内存,当我们写完需要写的数据时再一次性刷新到指定位置,如磁盘等。

字符流

字符流读取的基本单位为字符,采用的是 Unicode 编码,其 read 方法返回的是一个 Unicode 码元(0~65535)。

字符流通常用来处理文本数据,其顶层抽象类为 Reader 和 Write,比如文中最开始的示例中的 InputStreamReader 就是继承自 Reader 类。

1、字符输入流

下图为字符输入流家族关系示意图:

watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=

上图可以看出,除顶层 Reader 类之外,字符流也提供了一些基本的字符流来处理文本数据,比如我们需要从文本读取内容:

public class Demo05Reader {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //字节流
        FileInputStream fin = new FileInputStream("E:\\test.txt");//文本内容为“双子孤狼”
        System.out.println(fin.read());//372
        //字符流
        InputStreamReader ir = new InputStreamReader(new FileInputStream("E:\\test.txt"));//文本内容为“双子孤狼”
        System.out.println(ir.read());//21452
        char s = '双';
        System.out.println((int)s);//21452
    }
}

输出之后可以很明显看出区别,字节流一次读入一个字节,而字符流一次读入一个字符。

当然,我们也可以采用自由组合的方式来更灵活的进行字符读取,比如我们结合 BufferedReader 来读取一整行数据:

public class Demo05Reader {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        InputStreamReader ir = new InputStreamReader(new FileInputStream("E:\\test.txt"));//文本内容为“双子孤狼”
        BufferedReader br = new BufferedReader(ir);
        String s;
        while (null != (s = br.readLine())){
            System.out.println(s);//输出双子孤狼
        }
    }
}

2、字符输出流

下图为字符输出流家族关系示意图:

watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=

文本输出,我们用的最多的就是 PrintWriter,这个类我想绝大部分朋友都使用过:

public class Demo06Writer {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        PrintWriter printWriter = new PrintWriter("E:\\test3.txt");
        printWriter.write("双子孤狼");
        printWriter.flush();
    }
}

这里和字节流的区别就是写完之后需要手动调用 flush 方法,否则数据就会丢失,并不会写到文件中。

3、为什么字符流需要 flush,而字节流不需要

字节流不需要 flush 操作是因为字节流直接操作的是字节,中途不需要做任何转换,所以直接就可以操作文件,而字符流,说到底,其底层还是字节流,但是字符流帮我们将字节转换成了字符,这个转换需要依赖字符表,所以就需要在字符和字节完成转换之后通过 flush 操作刷到磁盘中。

需要注意的是,字节输出流最顶层类 OutputStream 中也提供了 flush 方法,但是它是一个空的方法,如果有子类有需要,也可以实现 flush 方法。

RandomAccessFile

RandomAccessFile 是一个随机访问文件类,其可以在文件中的任意位置查找或者写入数据。

public class Demo07RandomAccessFile {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //文档内容为 lonely wolf
        RandomAccessFile inOut = new RandomAccessFile(new File("E:\\test.txt"),"rw");
        System.out.println("当前指针在:" + inOut.getFilePointer());//默认在0
        System.out.println((char) inOut.read());//读到 l
        System.out.println("当前指针在:" + inOut.getFilePointer());
        inOut.seek(7L);//指针跳转到7的位置
        System.out.println((char) inOut.read());//读到 w
        inOut.seek(7);//跳回到 7
        inOut.write(new byte[]{'c','h','i','n','a'});//写入 china,此时 wolf被覆盖
        inOut.seek(7);//继续跳回到 7
        System.out.println((char) inOut.read());//此时因为 wolf 被 china覆盖,所以读到 c
    }
}

根据上面的示例中的输出结果,可以看到 RandomAccessFile 类可以随机指定指针,并随机进行读写,功能非常强大。

另外需要说明的是,构造 RandomAccessFile 时需要传入一个模式,模式主要有 4 种:

r:只读模式。此时调用任何 write 相关方法,会抛出 IOException。

rw:读写模式。支持读写,如果文件不存在,则会创建。

rws:读写模式。每当进行写操作,会将内容或者元数据同步刷新到磁盘。

rwd:读写模式。每当进行写操作时,会将变动的内容用同步刷新到磁盘。

总结

本文主要将 Java 中的 IO 流进行了梳理,通过将其分成字节流和字符流,以及输入流和输出流分别统计,来建立一个对 Java 中 IO 流全局的概念,最后通过一些实例来演示了如何通过不同类型的流来组合实现强大灵活的输入和输出,最后,介绍了同时支持输入和输出的 RandomAccessFile。

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    第二十七章 一、IO 1.1 IO概述 二、字节流 2.1 一切皆为字节 2.2 OutputStream类和FileOutputStream类 java.io.OutputStream:此抽象类是表示输出字节流的所有类的超类 定义了一些子类共性的成员方法: void close() 关闭此输出流并释放与此流有关的所有系统资源。 void flush() 刷新此输出流并强制写出所有缓冲的输出字节。 void write(byte[] b) 将 b.length 个字节从指定的 byte 数组写入此输出流。 void write(byte[] b, int off, int len) 将指定 byte 数组中从偏移量 off 开始的 len 个字节写入此输出流。 abstract void write(int b) 将指定的字节写入此输出流。 FilterOutputStream extends OutputStream FilterOutputStream:文件字节输出流 作用:把内存中的数据写入到硬盘的文件中 FileOutputStream(String name) 创建一个向具有指定名称的文件中写入数据的输出文件流 FileOutputStream(File file) 创建一个向指定 File 对象表示的文件中写入数据的文件输出流。 参数: String name
  • 史上最骚最全最详细的IO流教程,没有之一!
    目录 1、告白IO流的四点明确2、File类 1.1 File概述1.2 构造方法1.3 常用方法 1.3.1 获取功能的方法1.3.2 绝对路径和相对路径1.3.3判断功能的方法1.3.4 创建删除功能的方法1.4 目录的遍历1.5 递归遍历文件夹下所有文件以及子文件3、初探IO流 1.1 什么是IO1.2 IO的分类1.3 关于IO的分流向说明字节流OutputStream与InputStream的故事2.1 文件的世界里一切皆为字节2.2 字节输出流(OutputStream)2.3 字节输入流(InputStream)字符流Reader和Writer的故事字符流1、 字符输入流(Reader) FileReader类构造方法FileReader读取字符数据2、字符输出流(Writer) FileWriter类 构造方法FileWriter写出数据关闭close和刷新flushFileWriter的续写和换行FileReader和FileWriter类完成文本文件复制IO异常的处理1、缓冲流【掌握】 1.1 简要概述1.2 字节缓冲流 构造方法感受缓冲流的高效1.3 字符缓冲流 构造方法字符缓冲流特有方法1.4 字符缓冲流练习 代码实现2、转换流【掌握】 2.1 字符编码与解码字符集2.2 编码问题导致乱码2.3 InputStreamReader类-----
  • 还在迷茫于java的文件操作吗?来看看Java文件操作的套路 - Java基础
    JavaSE - 对于文件操作的介绍 文章目录 一、IO原理二、"流" 简介流的分类流的结构 三、代码实现 字符流操作文本文件的实现:字符流简介FileReader读取文件打印到控制台① 利用read()空参方法进行读取② 利用read(char[] c)方法进行读取<1> 错误的写法:<2> 正确的写法: FileWriter内存中写出到文件① 覆盖写出(覆盖文件中原有数据)② 追加写出(在原有数据后面追加) 文件的复制(前两个结合起来) 字节流操作非文本文件的实现:字节流简介FileInputStream && FileOutputStream实现图片(非文本)的复制 通用方法实现指定路径下文件的复制,并获取耗时 🔺缓冲流来进行数据处理(效率高)BufferedInputStream && BufferedOutputStream 实现复制操作为什么缓冲流的效率高?BufferedReader && BufferedWriter 实现文本文档复制①方式一:使用write(char[] , 0 , len)写入:②使用write(String )进行写入: 转换流(分辨也是看后缀)- 相对难作用InputStreamReader实现字节的输入流到字符的输入流的转换InputStreamReader 和 OutputStreamWriter综合(将UTF-8的转为gbk的存储)
  • 字节流和字符流详解
    1.流的概念 在编程中是一种抽象的概念,就好比“水流”,从一段流向另一端在程序中所有的数据都是以流的方式进行传输或保存的,程序需要数据的时候要使用输入流读取数据,而当程序需要将一些数据保存起来的时候,就要使用输出流完成。程序中的输入输出都是以流的形式保存的,流中保存的实际上全都是字节文件。 2.流的分类 按照流向可以分为:输入流(如:键盘,麦克风),输出流(如:显示器,音箱) 按照传输单位可以分为:字节流和字符流 3.什么是字节流,什么是字符流 字节流: 它处理单元为1个字节(byte),操作字节和字节数组,存储的是二进制文件,如果是音频文件、图片、歌曲,就用字节流好点(1byte = 8位); 字符流: 它处理的单元为2个字节的Unicode字符,分别操作字符、字符数组或字符串,字符流是由Java虚拟机将字节转化为2个字节的Unicode字符为单位的字符而成的,如果是关系到中文(文本)的,用字符流好点(1Unicode = 2字节 = 16位); 所有文件的储存是都是字节(byte)的储存,在磁盘上保留的并不是文件的字符而是先把字符编码成字节,再储存这些字节到磁盘。在读取文件(特别是文本文件)时,也是一个字节一个字节地读取以形成字节序列。 字节流可用于任何类型的对象,包括二进制对象,而字符流只能处理字符或者字符串; 2. 字节流提供了处理任何类型的IO操作的功能
  • IO流--字符流写数据
    IO流是用来处理设备之间的数据传输的,诸如:文件的复制,上传下载文件Java中的流可以从不同的角度进行分类:- 按照流的方向不同:分为输入流和输出流。- 按照处理数据单位的不同:分为字节流和字符流。- 按照功能不同:分为节点流和处理流要区分字符流和字节流,我们可以从类名来区分类名中包含Reader:字符流 输入流类名中包含Writer:字符流 输出流类名中包含Input:字节流 输入流类名中包含Output:字节流 输出流包含Stream:字节流今天着重来看下字符流.Write顾名思义就是写的意思,FileWriter(String fileName) 指的是传递一个文件的名称成员方法:void write(String str) 往文件中写入一个字符串void flush() 刷新该流的缓冲,把内存缓冲区中的数据刷新到新的文件中去void close() 关闭此流,但是要先刷新它输出流写数据的一般步骤(也是最基本的步骤)1.创建输出流对象2.调用输出流对象写数据的方法3.刷新缓存,写入文件4.释放资源.举例:import java.io.FileWriter;import java.io.IOException;public class DemoFileWriter {public static void main(String[] args) throws
  • Java 基础(四)| IO 流之使用文件流的正确姿势
    为跳槽面试做准备,今天开始进入 Java 基础的复习。希望基础不好的同学看完这篇文章,能掌握泛型,而基础好的同学权当复习,希望看完这篇文章能够起一点你的青涩记忆。一、什么是 IO 流?想象一个场景:我们在电脑上编辑文件,可以保存到硬盘上,也可以拷贝到 U 盘中。那这个看似简单的过程,背后其实是数据的传输。数据的传输,也就是数据的流动。既然是流动也就会有方向,有入方向和出方向。举个上传文件的栗子,现在有三个对象,文件、应用程序、上传的目标地址(服务器)。简化的上传文件有两步:应用程序读文件(此为入方向,文件读入到应用程序)应用程序写文件(此为出方向,读完之后写到目标地址)注意这个入和出是相对的,它相对于应用程序而言。如果相对于服务器而言,这个上传文件操作就是入方向,从应用程序读入。Java中I/O操作主要是指使用java.io包下的内容,进行输入、输出操作。输入也叫做读取数据,输出也叫做作写出数据。二、IO 流的分类我不认同网络上很多 IO 流的图,他们只是简单的把 io 流分成字节流和字符流。这样的分类也不是说不好,只是太臃肿、难记。先上一张我自己总结的 IO 留的思维导图,我先把它分成了节点流和处理流,节点流是直接接触数据源的,而处理流是出于各种目的在节点流的基础上再套一层的 IO 流。再按照操作类型,分成 8 个小类,然后才是字节、字符分类,最后才是输入、输出的分类
  • 普歌-码灵团队——简述io
    io io概述什么是ioio的分类 字节流字节输出流字节输出流的续写和换行 字节输入流字节输入流读取字节数据 字符流字符输入流Reader类和FileReader类字符输入流读取字符数据 字符输出流写出单个字符到文件flush方法和close方法字符输出流写数据的其他方法字符输出流的续写和换行 io概述 什么是io 数据的传输,可以看作是一种数据的流动,按照流动的方向,以内存为基准,分为输入input和输出output,即流向内存是输入流,流出内存的输出流。 Java中的i/o操作主要是指由java.io包下的内容,进行输入、输出操作。 输入也叫做读取数据,输出也叫做写出数据 i:input 输入(数据) o:output 输出(写入) 流:数据(字符,字节)1个字符=2个字节 1个字节=8个二进制位 输入:把硬盘中的数据,读取到内存中使用 输出:把内存中的数据,写入到硬盘中保存 io的分类 根据数据的流向分为:输入流和输出流 输入流:把数据从其他设备上读取到内存中的流输出流:把数据从内存中写出到其他设备上的流 根据数据的类型分为:字节流和字符流 字节流:以字节为单位,读写数据的流字符流:以字符为单位,读写数据的流 字节流 字节流可以传输任意文件数据,在操作流时,无论使用什么样的流对象,底层传输的始终为二进制数据 字节输出流 /*字节输出流的使用步骤(重点) 1