Java IO基礎原理你該知道這些

Java IO 也稱爲IO流,IO = 流,它的核心就是對文件的操作,對於 字節 、字符類型的輸入和輸出流。

IO是指對數據流的輸入和輸出,也稱爲IO流,IO流主要分爲兩大類,字節流和字符流。字節流可以處理任何類型的數據,如圖片,視頻等,字符流只能處理字符類型的數據。

IO流的本質是數據傳輸,並且流是單向的。

常用的字節流
在這裏插入圖片描述

IO分阻塞型IO和非阻塞型IO(NIO)

阻塞型IO在讀取數據時,如果數據未到達,會一直阻塞到讀取到數據爲止,所以稱爲阻塞型IO,在高併發的環境下性能不佳。

NIO不是使用 “流” 來作爲數據的傳輸方式,而是使用通道,通道的數據傳輸是雙向的,且NIO的數據寫入和讀取都是異步的,不會阻塞線程,所以稱爲非阻塞型IO,在高併發的環境下性能很好。

Java流操作的相關類或接口:

File – 文件類

RandomAccessFile – 隨機存儲文件類

InputStream – 字節輸入流

OutputStream – 字節輸出流

Reader – 字符輸入流

Writer – 字符輸出流

Java流類圖結構
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流的概念和作用

流是一組有順序的,有起點和終點的字節集合,是對數據傳輸的總稱或抽象。即數據在設備間傳輸稱之爲流。

流的本質是數據傳輸,根據數據傳輸的特性將流區分爲各種類,方便更直觀的進行數據操作。

IO流的分類

· 根據數據處理的不同類型分爲:字節流和字符流

· 根據數據流向不同分爲:輸入流和輸出流

字符流和字節流

字符流的由來:因爲數據編碼的不同,而有了對字符進行高效操作的流對象,本質上其實就是對於字節流的讀取時,去查了指定的碼錶。

字節流和字符流的區別:

· 讀寫單位的不同:字節流以字節(8bit)爲單位。字符流以字符爲單位,根據碼錶映射字符,一次可能讀多個字節。

· 處理對象不同:字節流可以處理任何類型的數據,如圖片、avi等,而字符流只能處理字符類型的數據。

輸入流和輸出流

對於輸入流只能進行讀操作。

對於輸出流只能進行鞋操作。

程序中需要對於傳輸數據的不同特性而使用不用的流。

Java IO流對象

1、輸入字節流 InputStream

從IO中輸入字節流的繼承圖中可以看出。

1)InputStream是所有數據字節流的父類,它是一個抽象類。

2)ByteArrayInputStream、StringBufferInputStream、FileInputStream是三種基本的介質流,它們分別從Byte數組、StringBuffer、和本地文件中讀取數據,PipedInputStream是從與其他線程共用的管道中讀取數據。

3)ObjectInputStream和所有FileInputStream 的子類都是裝飾流(裝飾器模式的主角)。

2、輸出字節流 OutputStream

從IO中輸入字節流的繼承圖中可以看出。

1)OutputStream是所有輸出字節流的父類,它是一個抽象類。

2)ByteArrayOutputStream、FIleOutputStream是兩種基本的介質,它們分別向Byte 數組,和本地文件中寫入數據。PipedOutputStream是從與其他線程共用的管道中寫入數據。

3)ObjectOutputStream和所有FileOutputStream的子類都是裝飾流。

字節流的輸入與輸出對應圖

圖中藍色爲主要對應部分,紅色爲不對應部分,黑色的虛線部分代表這些流一般需要搭配使用。從上面的圖中可以看出Java IO中的字節流是非常對稱的。我們來看看這些字節流中不對稱的幾個類。

  1. LineNumberInputStream 主要完成從流中讀取數據時,會得到相應的行號,至於什麼時候分行、在哪裏分行是由改類主動確定的,並不是在原始中有這樣一個行號。在輸出部分沒有對應的部分,我們完全可以自己建立一個LineNumberOutputStream,在最初寫入時會有一個基準的行號,以後每次遇到換行時會在下一行添加一個行號,看起來也是可以的。好像更不入流了。
  2. PushbackInputStream 的功能是查看最後一個字節,不滿意就放入緩衝區。主要用在編譯器的語法、詞法分析部分。輸出部分的BufferedOutputStream 幾乎實現相近的功能。
  3. StringBufferInputStream 已經被Deprecated,本身就不應該出現在InputStream 部分,主要因爲String 應該屬於字符流的範圍。已經被廢棄了,當然輸出部分也沒有必要需要它了!還允許它存在只是爲了保持版本的向下兼容而已。
  4. SequenceInputStream 可以認爲是一個工具類,將兩個或者多個輸入流當成一個輸入流依次讀取。完全可以從IO 包中去除,還完全不影響IO 包的結構,卻讓其更“純潔”――純潔的Decorator 模式。
  5. PrintStream 也可以認爲是一個輔助工具。主要可以向其他輸出流,或者FileInputStream 寫入數據,本身內部實現還是帶緩衝的。本質上是對其它流的綜合運用的一個工具而已。一樣可以踢出IO 包!System.out 和System.out 就是PrintStream 的實例。

3、字符輸入流Reader

在上面的繼承關係圖中可以看出:

1、Reader是所有的輸入字符流的父類,它是一個抽象類。

2、CharReader、StringReader 是兩種基本的介質流,它們分別將Char數組、String中讀取數據。PipedInputReader 是從與其他線程共用的管道中讀取數據。

3、BuffereReader 很明顯的是一個裝飾器,它和其子類複製裝飾其他Reader對象。

4、FilterReader 是所有自定義具體裝飾流的父類,其子類PushbackReader 對Reader 對象進行裝飾,回增加一個行號。

5、InputStreamReader 是一個連接字節流和字符流的橋樑,它將字節流轉變爲字符流。FileReader 可以說是一個達到此功能、常用的工具類,在其源代碼中明顯使用了將FileInputStream轉變爲Reader 的方法。我們可以從這個類中得到一定的技巧。Reader 中各個類的用途和使用方法基本和InputStream 中的類使用一致。

4、字符輸出流Writer

在上面的關係圖中可以看出:

1、Writer 是所有輸出字符流的父類,它是一個抽象類。

2、CharArrayWriter、StringWriter 是兩種基本的介質流,它們分別向Char 數組、String 中寫入數據。PipedInputWriter 是從與其他線程共用的管道中讀取數據。

3、BuffereWriter 很明顯是一個裝飾器,他和其子類複製裝飾其他Reader對象。

4、FilterWriter 和PrintStream 及其類似,功能和使用也非常相似。

5、OutputStreamWriter 是OutputStream 到Writer 轉換到橋樑,它的子類FileWriter 其實就是一個實現此功能的具體類(具體可以研究一下SourceCode)。功能和使用OutputStream極其類似。

字符流的輸入與輸出對應圖

6、字符流與字節流的轉換

轉換流的特點:

1、其是字符流和字節流之間的橋樑。

2、可對讀取到的字節數據經過指定編碼轉換成字符。

3、可對讀取到的字符數據經過指定編碼轉換成字節。

何時使用轉換流?

1、當字節和字符之間有轉換動作時。

2、流操作的數據需要編碼或解碼時。

具體的對象體現:

1、InputStreamReader:字節到字符的橋樑。

2、OutputStreamWriter:字符到字節的橋樑。

這兩個流對象時字符體系中的成員,它們有轉換的作用,本身又是字符流,所以在構造的時候需要傳入字節流對象進來。

7、File類

File類是對文件系統中文件以及文件夾進行封裝的對象,可以通過對象的思想來操作文件和文件夾。File類保存文件或目錄的各種數據信息,包括文件名、文件長度、最後修改時間、是否可讀、獲取當前文件的路徑名、判斷文件是否存在、獲取當前目錄中的文件列表、創建、刪除文件和目錄等方法。

8、RandomAccessFile類

該對象不是流體系中的一員,其封裝了字節流,同時還封裝了一個緩衝區(字符數組),通過內部的指針來操作字符數組中的數據。該對象特點:

1、該對象只能操作文件,所以構造函數接受兩種數據類型的參數:

· 字符串文件路徑

· File對象

2、該對象既可以對文件進行讀操作,也能進行寫操作,在進行對象實例化時可指定操作模式(r , rw)。

注意:**該對象在實例化時,如果要操作的文件不存在,會自動創建;如果文件存在,寫數據未指定位置,會從頭開始寫,即覆蓋原有的內容。**可以用於多線程下載或多個線程同時寫數據到文件。

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