Java的I/O框架導讀

Java的I/O框架是提供系統輸入和輸出功能,主要是涉及文件,網絡數據流,內存緩衝等的輸入輸出,網頁端的輸入和輸出主要依靠J2EE的Servlet和HTTP,GUI的輸入輸出依靠Swing工程中的JFC (Java Foundation Classes) 類。

Java IO框架結構

Java I/O框架的主要關注的是從數據源讀取數據寫入到目標媒介:
I/O過程

當讀取或寫入數據時,Java設計了兩種不同的方式,字節流和字符流, InputStream和OutputStream是字節的輸入和輸出,Reader和Writer是字符的輸入和輸出。

Java I/O框架的主要應用場景:
文件訪問
網絡訪問
內存緩存訪問
線程內部通信(管道)
緩衝
過濾
解析
讀寫文本 (Readers / Writers)
讀寫基本類型數據 (long, int etc.)
讀寫對象

通過Java IO讀文件

FileInputStream或者FileReader從文件開始到文件末尾一次讀取一個字節或者字符,或者將讀取到的字節寫入到字節數組或者字符數組。你不必一次性讀取整個文件,相反你可以按順序地讀取文件中的字節和字符。

需要跳躍式地讀取文件其中的某些部分,可以使用RandomAccessFile。

通過Java IO寫文件

根據你要寫入的數據是二進制型數據還是字符型數據選用FileOutputStream或者FileWriter。你可以一次寫入一個字節或者字符到文件中,也可以直接寫入一個字節數組或者字符數據。數據按照寫入的順序存儲在文件當中。

通過Java IO隨機存取文件

可以通過RandomAccessFile對文件進行隨機存取,隨機存取並不意味着你可以在真正隨機的位置進行讀寫操作,它只是意味着你可以跳過文件中某些部分進行操作,並且支持同時讀寫,不要求特定的存取順序。這使得RandomAccessFile可以覆蓋一個文件的某些部分、或者追加內容到它的末尾、或者刪除它的某些內容,當然它也可以從文件的任何位置開始讀取文件。

文件和目錄信息的獲取

讀取文件或者目錄信息時可以使用File類。

以字節爲單位的輸入流的框架圖

InputStream

(01) InputStream 是以字節爲單位的輸入流的超類。InputStream提供了read()接口從輸入流中讀取字節數據。
(02) ByteArrayInputStream 是字節數組輸入流。它包含一個內部緩衝區,該緩衝區包含從流中讀取的字節;通俗點說,它的內部緩衝區就是一個字節數組,而ByteArrayInputStream本質就是通過緩衝字節數組來實現的。
(03) PipedInputStream 是管道輸入流,它和PipedOutputStream一起使用,PipedInputStream 綁定到PipedOutputStream或者通過connect()連接,能實現多線程間的管道通信。
(04) FilterInputStream 是過濾輸入流。它是DataInputStream和BufferedInputStream的超類。
(05) DataInputStream 是數據輸入流。它是用來裝飾其它輸入流,它“允許應用程序以與機器無關方式從底層輸入流中讀取基本 Java 數據類型”。
(06) BufferedInputStream 是緩衝輸入流。它的作用是爲另一個輸入流添加緩衝功能。
(07) File 是“文件”和“目錄路徑名”的抽象表示形式。關於File,注意兩點:
a), File不僅僅只是表示文件,它也可以表示目錄!
b), File雖然在io包中定義,但是它的超類是Object,而不是InputStream。
(08) FileDescriptor 是“文件描述符”。它可以被用來表示開放文件、開放套接字等。
(09) FileInputStream 是文件輸入流。它通常用於對文件進行讀取操作。
(10) ObjectInputStream 是對象輸入流。它和ObjectOutputStream一起,用來提供對“基本數據或對象”的持久存儲。

以字節爲單位的輸出流的框架圖

OutputStream

(01) OutputStream 是以字節爲單位的輸出流的超類。OutputStream提供了write()接口從輸出流中讀取字節數據。
(02) ByteArrayOutputStream 是字節數組輸出流。寫入ByteArrayOutputStream的數據被寫入一個 byte 數組。緩衝區會隨着數據的不斷寫入而自動增長。可使用 toByteArray() 和 toString() 獲取數據。
(03) PipedOutputStream 是管道輸出流,它和PipedInputStream一起使用,能實現多線程間的管道通信。
(04) FilterOutputStream 是過濾輸出流。它是DataOutputStream,BufferedOutputStream和PrintStream的超類。
(05) DataOutputStream 是數據輸出流。它是用來裝飾其它輸出流,它“允許應用程序以與機器無關方式向底層寫入基本 Java 數據類型”。
(06) BufferedOutputStream 是緩衝輸出流。它的作用是爲另一個輸出流添加緩衝功能。
(07) PrintStream 是打印輸出流。它是用來裝飾其它輸出流,能爲其他輸出流添加了功能,使它們能夠方便地打印各種數據值表示形式。
(08) FileOutputStream 是文件輸出流。它通常用於向文件進行寫入操作。
(09) ObjectOutputStream 是對象輸出流。它和ObjectInputStream一起,用來提供對“基本數據或對象”的持久存儲。

以字節爲單位的輸入流和輸出流關聯的框架圖

輸入流和輸出流都有對應的關係,下面是將以字節爲單位的輸入流和輸出流關聯起來的圖片。
字節流對應關係

以字符爲單位的輸入流的框架圖

Java Reader
中文使用字節流讀取會出現亂碼,一箇中文有兩個字節,所以這種情況下要使用字符流。
(01) Reader 是以字符爲單位的輸入流的超類。它提供了read()接口來取字符數據。
(02) CharArrayReader 是字符數組輸入流。它用於讀取字符數組,它繼承於Reader。操作的數據是以字符爲單位!
(03) PipedReader 是字符類型的管道輸入流。它和PipedWriter一起是可以通過管道進行線程間的通訊。在使用管道通信時,必須將PipedWriter和PipedReader配套使用。
(04) FilterReader 是字符類型的過濾輸入流。
(05) BufferedReader 是字符緩衝輸入流。它的作用是爲另一個輸入流添加緩衝功能。
(06) InputStreamReader 是字節轉字符的輸入流。它是字節流通向字符流的橋樑:它使用指定的 charset 讀取字節並將其解碼爲字符。
(07) FileReader 是字符類型的文件輸入流。它通常用於對文件進行讀取操作。

以字符爲單位的輸出流的框架圖

下面,是以字符爲單位的輸出流的框架圖。
Java Writer

(01) Writer 是以字符爲單位的輸出流的超類。它提供了write()接口往其中寫入數據。
(02) CharArrayWriter 是字符數組輸出流。它用於讀取字符數組,它繼承於Writer。操作的數據是以字符爲單位!
(03) PipedWriter 是字符類型的管道輸出流。它和PipedReader一起是可以通過管道進行線程間的通訊。在使用管道通信時,必須將PipedWriter和PipedWriter配套使用。
(04) FilterWriter 是字符類型的過濾輸出流。
(05) BufferedWriter 是字符緩衝輸出流。它的作用是爲另一個輸出流添加緩衝功能。
(06) OutputStreamWriter 是字節轉字符的輸出流。它是字節流通向字符流的橋樑:它使用指定的 charset 將字節轉換爲字符並寫入。
(07) FileWriter 是字符類型的文件輸出流。它通常用於對文件進行讀取操作。
(08) PrintWriter 是字符類型的打印輸出流。它是用來裝飾其它輸出流,能爲其他輸出流添加了功能,使它們能夠方便地打印各種數據值表示形式。

以字符爲單位的輸入流和輸出流關聯的框架圖

下面是將以字符爲單位的輸入流和輸出流關聯起來的圖片。
Reader/Writer

字節轉換爲字符流的框架圖

在java中,字節流能轉換爲字符流,下面是它們的轉換關係圖。
In To Reader

從中,我們可以看出。
(01) FileReader繼承於InputStreamReader,而InputStreamReader依賴於InputStream。具體表現在InputStreamReader的構造函數是以InputStream爲參數。我們傳入InputStream,在InputStreamReader內部通過轉碼,將字節轉換成字符。
(02) FileWriter繼承於OutputStreamWriter,而OutputStreamWriter依賴於OutputStream。具體表現在OutputStreamWriter的構造函數是以OutputStream爲參數。我們傳入OutputStream,在OutputStreamWriter內部通過轉碼,將字節轉換成字符。

字節和字符的輸入流對應關係

In Map

字節和字符的輸出流對應關係

Out Map

Java I/O系列目錄:

[1]: java io系列01之 “目錄”

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