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一、Java-IO流的概述
Java輸入/輸出（Input/Output）系統簡稱IO，又稱爲輸入/輸出流，它是程序設計語言中最基礎的部分。輸入/輸出是指應用程序與外部設備及其他計算機進行數據交流的操作，可以在程序設計中根據需要實現不同類型的輸入/輸出功能。
Java中IO是通過“流”的形式進行數據的輸入和輸出，所有數據被串行化寫入輸出流或從輸入流讀入。Java的核心庫java.io提供了全面的IO接口，包括文件的讀寫和標準設備輸出等。
二、流的概念和作用
Java中將輸入/輸出抽象稱爲流，可以理解爲輸入/輸入的途徑。就好像水管，將兩個容器連接起來。當程序需要讀取或者寫入數據時，就會開啓一個通向數據源或者目的地的通道，而流是數據在數據源和目的地之間有序運動着的數據序列，該數據序列是有順序、有起點和終點的，整個過程就好像數據在其中“流”動一樣。
個人觀點：Java輸入/輸出流就是在數據源和目的地建立傳輸通道（作用），根據數據的類型有序的運輸到目的地中（本質）。
三、流的分類
3.1 輸入流和輸出流
流可以分爲兩類：輸入流和輸出流。輸入流不關心數據源自何種設備，輸出流也不關心數據的目的是何種設備。
輸入流：只能從中讀取數據，而不能向其寫入數據。（只能讀）
輸出流：只能向其寫入數據，而不能從中讀取數據。（只能寫）
相對於程序來說，輸出流是往存儲介質或數據通道寫入數據，而輸入流是從存儲介質或數據通道中讀取數據，一般來說關於流的特性有下面幾點：
a. 先進先出。最先寫入輸出流的數據最先被輸入流讀取到。
b. 順序存取。一個接一個地往流中寫入一串字節，讀出時也將按寫入順序讀取一串字節，不能隨機訪問中間的數據（RandomAccessFile可以從文件的任意位置進行存取操作）。
c. 只讀或只寫。每個流只能是輸入流或輸出流的一種，不能同時具備兩個功能，輸入流只能進行讀操作，對輸出流只能進行寫操作。在一個數據傳輸通道中，如果既要寫入數據，又要讀取數據，則要分別提供兩個流。
注意的是，Java的輸入流主要由InputStream和Reader作爲基類，而輸出流則主要由OutputStream和Writer作爲基類。他們都是一些抽象基類，無法直接創建實例，但是可以通過他們的子類來創建流。例如針對存儲在磁盤、光盤或其他存儲設備上的文件的字節流，可以通過FileInputStream和FileOutputStream的子類來創建。
3.2 字節流和字符流
字節流和字符流的用法幾乎完全一樣，區別在於兩者所操作的數據單元不同。流序列中的數據可以是沒有進行加工的原始數據（二進制字節數據），也可以是經過編碼的符合某種編碼格式的數據。其中，字節流以字節爲基本單位來處理數據的輸入/輸出，一般用於對二進制數據的讀寫，例如聲音、圖像等數據；字符流以字符爲基本單位來處理數據的輸入和輸出，一般用於文本類型數據的讀寫，例如文本文件、網絡中發送的文本信息等。
字節流和字符流主要由4個抽象類來表示：InputStream、OutputStream、Reader、Writer，輸入和輸出各兩種。其中InputStream和OutputStream表示字節流，Reader和Writer表示字符流，其他各種各樣的流均是繼承這4個抽象類而來的。
個人觀點：字節流以字節爲單位，通過InputStream和OutputStream抽象類進行讀寫，而字符流是以字符爲單位，通過Reader和Writer抽象類進行讀寫。
3.3 節點流和處理流
按照流的角色來分，可以分爲節點流和處理流。
可以從/向一個特定的IO設備（如磁盤、網絡）讀/寫數據的流，稱爲節點流。節點流也被稱爲低級流。
處理流則用於對一個已存在的流進行連接或封裝，通過封裝後的流來實現數據讀/寫功能。處理流也被稱爲高級流。
從圖15.4中可以看出，當使用處理流進行輸入/輸出時，程序並不會直接連接到實際的數據源，沒有和實際的輸入/輸出節點連接。使用處理流的一個明顯好處時，只要使用相同的處理流，程序就可以採用相同的輸入/輸出代碼來訪問不同的數據源，隨着處理流所包裝節點流的變化，程序實際所訪問的數據源也相應地發生變化。
四、字節流和字符流
InputStream和Reader是所有輸入流的抽象基類，本身並不能創建實例來執行輸入，但它們將稱爲所有輸入流的模板，所以他們的方法是所有輸入流都可以使用的方法。
4.1 字節輸入流InputStream
1.InputStream主要包含如下四個方法
* int read() 從輸入流讀取一個字節，並轉換爲0~255的整數，最後返回這個整數。爲了提高I/O操作的效率，建議使用下面兩種形式。
* int read(byte[] b) 從輸入流中最多讀取b.length個字節的數據，並將其存儲在數組b中，返回實際讀取的字節數。
* int read(byte[] b,int int off,int length) 從輸入流中的off位置開始，最多讀取length個字節的數據，並將其存儲在數組b中，該方法返回實際讀取的字節數。
* void close() 關閉輸入流。在讀操作完成後，應該關閉輸入流，系統將會釋放與這個輸入流相關的資源。注意，InputStream類本身的close()方法不執行任何操作，但是它的子類重寫了close()方法。
InputStream類的子類
* ByteArrayInputStream類將字節數組轉換爲字節輸入流，從中讀取字節。
* FileInputStream類從文件中讀取數據。
* PipedInputStream類連接到一個PipedOutputStream（管道輸出流）。
* SequenceInputStream類將多個字節輸入流串聯成一個字節輸入流。
* ObjectInputStream類將對象反序列化
2. 在Reader裏包含如下三個方法
* int read() 從輸入流讀取單個字符，返回所讀取的字符數據。
* int read(char[] cbuf) 從輸入流中最多讀取cbuf.length個字符的數據，並將其存儲在字符數組cbuf中，返回實際讀取的字符數。
* int read(char[] cbuf,int int off,int length) 從輸入流中的off位置開始，最多讀取length個字符的數據，並將其存儲在字符數組cbuf中，該方法返回實際讀取的字符數。
Reader類的子類
* CharArrayReader類將字符數組轉換爲字符輸入流，從中讀取字符。
* StringReader類字符串轉換爲字符輸入流，從中讀取字符。
* BufferedReader類爲其他字符輸入流提供讀緩衝區。
* PipedReader類連接到一個PipedWriter。
* InputStreamReader類將字節輸入流轉換爲字符輸入流，可指定字符編碼。
InputStream()的基本方法時沒有參數的read()方法。這個方法從輸入流的源中讀取1字節數據，作爲一個0~255的int返回，流的結束通過返回-1來表示。read()方法會等待並阻塞其後任何代碼的執行，直到有1字節的數據可供讀取。輸入和輸出很慢，所以如果程序在做其他重要的工作，要儘量將I/O放在單獨的線程中，下面是一個簡單的例子。
//創建文本字節輸入流
FileInputStream fis = new FileInputStream("文件路徑");
//創建一個長度爲1024的“竹筒”
byte[] bbuf = new byte[1024];
//用於保存實際讀取字節數
for(int i=0;i<bbuf.length;i++){
int b = fis.read();
if(b == -1){
System.out.println("關閉");
break;
}else{
bbuf[i] = (byte)b;
System.out.println(b);
}
}
//關閉文件輸入流，放在finally塊裏更安全
fis.close();
read()方法都用返回-1來表示流的結束。如果流已經結束，而又沒有讀取的數據，多字節read()方法會返回這些數據，直到緩衝區清空。-1永遠不會放進數組中，因爲數組只包含實際的數據，所以如果獲取數據的字節數小於數據的存儲長度，一定要判斷流是否讀取完畢，如果讀取完畢則結束讀取並關閉輸入流。例如上面的例子那樣，存儲數組的長度大於實際的數據長度，下面我們看看存儲長度小於實數據長度的情況：
從上圖可以看到，循環中沒有輸出關閉的字符串。和輸出流一樣，當結束對輸入流的操作時，通過調用close（）方法將其關閉，釋放與這個流關聯的所有數據。一旦輸入流已經關閉，進一步讀取這個流會拋出IOException異常。
4.2 輸出流OutputStream和Writer
1.OutputStream主要包含如下五個方法
* void write(int b) 向輸出流寫入一個字節，其中c既可以代表字節，也可以代表字符。這裏的參數是int類型，但是它允許使用表達式，而不用強制轉換成byte類型。
* void write(byte[] b) 將b字節數組/字符數組的所有數據寫入到輸出流中。
* void write(byte[] b,int off,int length) 從b字節數組中的off位置開始，長度爲length的子字節寫入輸出流中。
* void flush() 將數據緩衝區中全部數據寫入到輸出流，並清空緩衝區。（爲提高效率，在向輸出流中寫入數據時，數據一般會保存到內存緩衝區，只有當緩衝區中的數據達到一定程度時，緩衝區的數據纔會被寫入到輸出流中。而flush方法則可以強制將緩衝區的數據輸入到輸出流中）
* void close() 關閉輸出流並釋放與流相關的系統資源。
OutputStream類的子類
* ByteArrayOutputStream類向內存緩衝區中的字節數組中寫入數據
* FileOutputStream類向文件中寫入數據
* PipedOutputStream類連接到一個PipedIntputStream
* ObjectOutputStream類將對象序列化
2. Writer主要包含如下幾個方法
因爲字符流可以直接以字符作爲操作單位，所以Writer可以用字符串來代替字符數組，即以String對象作爲參數
* void write(int b) 向輸出流中寫入一個字符
* void write(char[] buf) 將buf字符數組中的所有字符寫入到輸出流中
* void write(char[] buf,int off,int length) 從buf字符數組中的off位置開始，長度爲length的子字符寫入輸出流。
* void write(String Str) 向輸出流中寫入一個字符串
* void write(String str,int off,int length) 從str字符串中的off起始偏移量開始，長度爲length的子字符寫入輸出流。
Writer類的子類
* CharArrayWriter類向內存緩衝區中的字符數組寫數據
* StringWriter類向內存緩衝區中的字符串寫數據
* BufferedWriter類爲其他字符輸出流提供寫緩衝區
* PipedWriter類連接到一個PipedReader
* OutputStreamWriter類將字節輸出流轉換爲字符輸出流，可指定字符編碼
下面程序使用FileInputStream來執行輸出，並使用FileOutputSteam來執行輸出，實現複製指定文件的功能。
try{
//創建字節輸入流
FileInputStream fis = new FileInputStream("文件路徑");
//創建字節輸出流
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("newFile.java");
//創建字節存儲數據，並定義長度
byte[] bbuf = new byte[32];
//創建讀取結果的存儲變量
int hasRead = 0;
while((hasRead = fis.read(bbuf)) > 0){
//如果讀取返回的值不爲-1，則將每次讀取到的32個字節數據寫入到輸出流
fos.write(bbuf,0,hasRead);
}
}catch(IOException ex){
System.err.println(ex.getMessage());
}
注意：每執行一次fis.read(bbuf)函數，流中的數據都會往前移動32位字節。
和網絡硬件中緩存一樣，流還可以在軟件中得到緩衝。一般說來，可以通過把BufferedOutputStream或BufferedWriter串聯到底層流上來實現。因此，在寫入數據之後，刷新（flush）輸出流非常重要。例如，如果輸出流有一個1024字節的緩衝區，那麼這個流在發送緩衝區中的數據之前會等待更多的數據到達。在服務器響應到達之前不會向流寫入更多的數據，但是響應也不會到來，因爲請求還沒有發送，而flush（）方法可以強迫緩衝的流發送數據，即使緩衝區還沒有滿，以此來打破這種死鎖狀態。
個人觀點：在緩衝區的數據沒有充滿之前，請求和數據是不會發送到服務器中，通過flush（）方法可以釋放緩衝區的數據。
最後，當結束一個流的操作時，通過調用close（）方法將其關閉，釋放與這個流關聯的所有數據。如果流來自一個網絡，那麼關閉這個流也會終止這個連接。一旦輸出流關閉，繼續寫入時就會拋出IOException異常。不過，有些流仍允許對這個對象做一些處理，例如：ByteArrayOutputStream仍轉換爲實際的字節數組，關閉的DigestOutputStream仍然可以返回其摘要。
爲了得到正確的變量作用域，必須在try塊之外聲明流變量，但是必須在try塊內完成初始化。另外，爲了避免NullPointerExcepiton異常，在關閉流之前需要檢查流變量是否爲null。最後，通常都希望希望忽略關閉流時出現的異常，或者最多隻是將這些異常寫入日誌。
OutputStream Out = null;
try{
Out = new FileOutputStream(“/test/data.txt”);
//處理輸出流...
}catch(IOException ex){
System.err.println(ex.getMessage());
}finally{
if(out != null){
try{
Out.close();
}catch(IOException ex){
//忽略
}
}
}
這個技術有時稱爲釋放模式(dispose pattern)，這對於需要在垃圾回收前先進行清理的對象很常見，這個技術不僅用於流，還可以用於Socket、通道、JDBC連接等。
Java 7引入了“帶資源的try”構造，不需要在try塊之外聲明流變量，完全可以在try塊的參數表中聲明，所以也就不需要在Finally字句。例如：
try（OutputStream Out = new FileOutputStream(“/test/data.txt”)){
//處理輸出流...
}catch(IOException ex){
System.err.println(ex.getMessage());
}
Java會對try塊參數表中聲明的所有AutoCloseable對象自動調用close()；