java複習筆記6--java基礎之I/O流
什麼是I/O流
所謂I/O(Input/Output縮寫)，即指應用程式對資料在裝置或者檔案上的輸入與輸出。流是一組有順序的，有起點和終點的位元組集合，是對資料傳輸的總稱或抽象（java萬物皆物件的特性）。即資料在兩裝置間的傳輸稱為流，流的本質是資料傳輸，根據資料傳輸特性將流抽象為各種類，方便更直觀的進行資料操作。資料流是一串連續不斷的資料的集合，資料寫入程式可以是一段一段地向資料流管道中寫入資料 ，這些資料段會按先後順序形成一個長的資料流，而從管道中讀取資料的時候，資料會按照先進先出的原則，進行讀取和展示。
Java IO流的層次結構
這個是面試官很喜歡考察的一個題目，就是問你java.IO包中類的結構和繼承關係
- 流式部分――IO的主體部分，OutputStream、InputStream、Writer、Reader級其子類；
- 非流式部分――主要包含一些輔助流式部分的類，如：File類、RandomAccessFile類和FileDescriptor等類；
- 其他類–檔案讀取部分的與安全相關的類，如：SerializablePermission類，以及與本地作業系統相關的檔案系統的類，如：FileSystem類和Win32FileSystem類和WinNTFileSystem類。
I/O流的分類
根據操作分為：輸入流和輸出流；根據型別分為：位元組流和字元流。可以看一下大體的結構圖：
位元組流和字元流的區別：
（1）讀寫單位不同：位元組流以位元組（8bit）為單位，字元流以字元為單位，根據碼錶對映字元，一次可能讀多個位元組。
（2）處理物件不同：位元組流能處理所有型別的資料（如圖片、視訊等），而字元流只能處理字元型別的資料。
（3）位元組流在操作的時候本身是不會用到緩衝區的，是檔案本身的直接操作的；而字元流在操作的時候下後是會用到緩衝區的，是通過緩衝區來操作檔案，我們將在下面驗證這一點。
字元流對於字元的文字的處理是一個很好的選擇，但是位元組流應用更加廣泛，我們再專案中要結合具體的應用場景選擇具體的I/O流進行處理。
輸入位元組流InputStream
InputStream 是所有的輸入位元組流的父類，它是一個抽象類。輸入，其實就是講資料讀取到記憶體中，供程式使用。
ByteArrayInputStream、StringBufferInputStream、FileInputStream 是三種基本的介質流，它們分別從Byte 陣列、StringBuffer、和本地檔案中讀取資料。PipedInputStream 是從與其它執行緒共用的管道中讀取資料，與Piped 相關的知識後續單獨介紹。
ObjectInputStream 和所有FilterInputStream的子類都是裝飾流（裝飾器模式的主角）。意思是FileInputStream類可以通過一個String路徑名建立一個物件，FileInputStream(String name)。而DataInputStream必須裝飾一個類才能返回一個物件，DataInputStream(InputStream in)。
FilterInputStream可能大家看著都不熟，其實他就是緩衝流BufferedInputStream和BufferedOutputStream的父類
而這裡面，最重要的就是FileInputStream，也是和我們打交道最多的，以這個作為分析物件，進行練習。
由上面，我們可以看出，他有三個建構函式，分別是傳入一個String的檔案路徑，傳入一個File物件和傳入一個FileDescriptor物件。public FileInputStream(File file) throws FileNotFoundException，當找不到檔案的時候，會拋一個檔案找不到的異常。
File類比較簡單，他的建構函式就是傳入一個路徑，獲取這個檔案物件，ublic File(String pathname)，然後可以看他的一些屬性，比如是否存在，是否可讀，名稱，路徑，是否為資料夾等，這個大家可以去看一下，方法都比較簡單。
File file = new File("D:" + File.separator + "a.txt");
InputStream inputStream = null;
//找不到檔案會拋異常，所以try/catch
try {
//第一種方式：傳入一個File物件
inputStream = new FileInputStream(file);
//第二種方式：傳入檔案路徑
inputStream = new FileInputStream("D:\\"a.txt");
讀取資料，public int read() throws IOException，呼叫的是private native int read0() throws IOException，返回的是讀取的下一個位元組，如果沒有了則返回-1。另外一個是public int read(byte b[]) throws IOException，邊讀邊往陣列中寫入資料，返回陣列中資料的大小，讀取完後下次讀取返回-1；其實，這裡就是使用了快取，先把資料放在記憶體中的陣列中。
這裡，一個很重要的就是native修飾符，表示這個方法時呼叫本地的非java開發的方法，比如C語言的。一個native method方法可以返回任何java型別，包括非基本型別。其實，JDK底層有很多關於native的方法呼叫，畢竟對於作業系統的訪問和操作，java是不擅長的，而呼叫c語言程式則很好的實現。而這個實現也很簡單，大家可以去看一下，試著自己寫一個。
我們在剛剛的a.txt檔案中加入一些資料，然後，去讀取並打印出來：
#read（）方法，一個個位元組讀取
int n = 0;
StringBuilder sb = new StringBuilder();
while((n = inputStream.read()) != -1){
#注意這裡一定要存byte位元組，不然不能解析為字元
sb.append((byte)n);
}
System.out.print(sb.toString());
#第二種讀取資料的方法，使用陣列緩衝
inputStream = new FileInputStream("D:\\a.txt");
int n = 0;
byte[] bytes =new byte[1024];
StringBuilder sb = new StringBuilder();
while ((n = inputStream.read(bytes)) != -1) {
sb.append(new String(bytes, 0, n));
}
System.out.print(sb.toString());
輸出位元組流OutputStream
OutputStream是所有的輸出位元組流的父類，它是一個抽象類。輸出，對於java程式來說，從程式寫入檔案或者裝置叫做輸出。
輸出位元組流物件和輸入位元組流物件是一一對應的，這裡就不再進行過多分析和編寫了。可以看到，構造方法和目錄結構基本都類似：
像檔案或者裝置上寫資料，或者說從資料流中讀資料的方法public void write(byte b[]) throws IOException，也是呼叫的native方法，通過c語言實現的，private native void writeBytes(byte b[], int off, int len, boolean append) throws IOException;，直接傳入一個位元組的陣列，會將資料全部輸出到對應檔案和顯示裝置上。
當傳入一個路徑或者File物件建立FileOutputStream物件時，fileOutputStream = new FileOutputStream("E:\\a.txt");，如若沒有檔案，則會自動生成一個檔案。
File file = new File("D:" + File.separator + "a.txt");
if (file.exists()) {
log.info(file.getAbsolutePath());
InputStream inputStream = null;
FileOutputStream fileOutputStream = null
try {
inputStream = new FileInputStream(file);
inputStream = new FileInputStream("D:\\a.txt");
new BufferedInputStream(inputStream);
int n = 0;
byte[] bytes =new byte[1024];
StringBuilder sb = new StringBuilder();
while ((n = inputStream.read(bytes)) != -1) {
sb.append(new String(bytes, 0, n));
}
System.out.print(sb.toString());
fileOutputStream = new FileOutputStream("E:\\a.txt");
fileOutputStream.write(sb.toString().getBytes());
/* while((n = inputStream.read()) != -1){
sb.append((char)n);
}*/
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
inputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
這樣，相當於進行了檔案的複製貼上，我們的e盤下面就會生成一個a.txt的檔案，內容和d盤下的一樣。
緩衝流
首先，我們要知道JDK提供緩衝流是為了什麼？其實，緩衝流是針對於位元組流處理較麻煩，同時，他是直接操作資料來源，不使用緩衝區的，而我們知道，涉及磁碟的IO操作相比記憶體的操作要慢很多。所以，JDK提供了緩衝流的實現，這裡使用了裝飾模式，他的建構函式就是傳入一個對應的位元組流，進而擁有你所有的屬性和方法，並可以增加自己的實現。
BufferedInputStream和BufferedOutputStream這兩個類分別是FilterInputStream和FilterOutputStream的子類，作為裝飾器子類，使用它們可以防止每次讀取/傳送資料時進行實際的寫操作，代表著使用緩衝區。帶緩衝的流，可以一次讀很多位元組，但不向磁碟中寫入，只是先放到記憶體裡。等湊夠了緩衝區大小的時候一次性寫入磁碟，這種方式可以減少磁碟操作次數，速度就會提高很多！
同時正因為它們實現了緩衝功能，所以要注意在使用BufferedOutputStream寫完資料後，要呼叫flush()方法或close()方法，強行將緩衝區中的資料寫出。否則可能無法寫出資料。與之相似還BufferedReader和BufferedWriter兩個類。
其實，緩衝流的底層實現原理很簡單，內部自己封裝了一個固定長度的byte陣列，讀取資料的時候，先把資料放到陣列中，也就是記憶體中，等到資料滿了，再重新整理到磁碟中。
private static int DEFAULT_BUFFER_SIZE = 8192;
/**
* The maximum size of array to allocate.
* Some VMs reserve some header words in an array.
* Attempts to allocate larger arrays may result in
* OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
*/
private static int MAX_BUFFER_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
/**
* The internal buffer array where the data is stored. When necessary,
* it may be replaced by another array of
* a different size.
*/
protected volatile byte buf[];
- BufferedInputStream有兩個構造方法，
BufferedInputStream(InputStream in)，這個是使用預設大小的陣列，BufferedInputStream(InputStream in, int size)，這個是使用指定大小的容量的陣列。內部方法和位元組流一樣，主要是read方法。關於角標和重置指標之後詳細講。
int available(); //返回底層流對應的源中有效可供讀取的位元組數
void close(); //關閉此流、釋放與此流有關的所有資源
boolean markSupport(); //檢視此流是否支援mark
void mark(int readLimit); //標記當前buf中讀取下一個位元組的下標
int read(); //讀取buf中下一個位元組
int read(byte[] b, int off, int len); //讀取buf中下一個位元組
void reset(); //重置最後一次呼叫mark標記的buf中的位子
- BufferedOutputStream和BufferedInputStream類似，也是有兩個構造方法，
BufferedOutputStream(OutputStream out)和BufferedOutputStream(OutputStream out, int size)，也是初始化陣列容量的區別，而其內部方法和輸出位元組流也類似，主要就是呼叫write方法。但是，一定要注意，他是緩衝流，不會自己主動重新整理到檔案中，必須我們手動操作，呼叫close或者flush方法重新整理資料到磁碟上。
void flush(); 將寫入bos中的資料flush到out指定的目的地中、注意這裡不是flush到out中、因為其內部又呼叫了out.flush()
write(byte b); 將一個位元組寫入到buf中
write(byte[] b, int off, int len); 將陣列b的指定長度的資料寫入buf中
所以，使用緩衝流，我們複製檔案的程式碼可以這樣寫：
@Test
public void testBufferIoDemo1() {
InputStream inputStream = null ;
BufferedInputStream bufferedInputStream = null ;
OutputStream outputStream = null ;
BufferedOutputStream bufferedOutputStream = null ;
try {
inputStream = new FileInputStream( "D:\\a.txt" ) ;
bufferedInputStream = new BufferedInputStream( inputStream ) ;
outputStream = new FileOutputStream( "E:\\b.txt" ) ;
bufferedOutputStream = new BufferedOutputStream( outputStream ) ;
byte[] b=new byte[1024]; //代表一次最多讀取1KB的內容
int length = 0 ; //代表實際讀取的位元組數
while( (length = bufferedInputStream.read( b ) )!= -1 ){
//length 代表實際讀取的位元組數
bufferedOutputStream.write(b, 0, length );
}
//緩衝區的內容寫入到檔案
bufferedOutputStream.flush();
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
if( bufferedOutputStream != null ){
try {
bufferedOutputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if( bufferedInputStream != null){
try {
bufferedInputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if( inputStream != null ){
try {
inputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if ( outputStream != null ) {
try {
outputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
至此，位元組流和緩衝流基本有了一個大概的瞭解，程式中的使用和原始碼也有了一定的研究，之後，我會針對讀取資料的pos，也就是指標和reset，mark這些方法做一些學習和分享。然後就是分享一下字元流的使用和注意事項。