Java：輸入輸出流 java.io包的層次結構

1.什么是IO

      Java中I/O操作主要是指使用Java進行輸入，輸出操作. Java所有的I/O機制都是基於數據流進行輸入輸出，這些數據流表示了字符或者字節數據的流動序列。Java的I/O流提供了讀寫數據的標准方法。任何Java中表示數據源的對象都會提供以數據流的方式讀寫它的數據的方法。  

      Java.io是大多數面向數據流的輸入/輸出類的主要軟件包。此外，Java也對塊傳輸提供支持，在核心庫 java.nio中采用的便是塊IO。

　　流IO的好處是簡單易用，缺點是效率較低。塊IO效率很高，但編程比較復雜。 
      Java IO模型  :
      Java的IO模型設計非常優秀，它使用Decorator模式，按功能划分Stream，您可以動態裝配這些Stream，以便獲得您需要的功能。例如，您需要一個具有緩沖的文件輸入流，則應當組合使用FileInputStream和BufferedInputStream。

2.數據流的基本概念

        數據流是一串連續不斷的數據的集合，就象水管里的水流，在水管的一端一點一點地供水，而在水管的另一端看到的是一股連續不斷的水流。數據寫入程序可以是一段、一段地向數據流管道中寫入數據，這些數據段會按先后順序形成一個長的數據流。對數據讀取程序來說，看不到數據流在寫入時的分段情況，每次可以讀取其中的任意長度的數據，但只能先讀取前面的數據后，再讀取后面的數據。不管寫入時是將數據分多次寫入，還是作為一個整體一次寫入，讀取時的效果都是完全一樣的。 

     “流是磁盤或其它外圍設備中存儲的數據的源點或終點。”

    在電腦上的數據有三種存儲方式，一種是外存，一種是內存，一種是緩存。比如電腦上的硬盤，磁盤，U盤等都是外存，在電腦上有內存條，緩存是在CPU里面的。外存的存儲量最大，其次是內存，最后是緩存，但是外存的數據的讀取最慢，其次是內存，緩存最快。這里總結從外存讀取數據到內存以及將數據從內存寫到外存中。對於內存和外存的理解，我們可以簡單的理解為容器，即外存是一個容器，內存又是另外一個容器。那又怎樣把放在外存這個容器內的數據讀取到內存這個容器以及怎么把內存這個容器里的數據存到外存中呢？

     在Java類庫中，IO部分的內容是很龐大的，因為它涉及的領域很廣泛:

         標准輸入輸出，文件的操作，網絡上的數據流，字符串流，對象流，zip文件流等等，java中將輸入輸出抽象稱為流，就好像水管，將兩個容器連接起來。將數據沖外存中讀取到內存中的稱為輸入流，將數據從內存寫入外存中的稱為輸出流。

    流是一個很形象的概念，當程序需要讀取數據的時候，就會開啟一個通向數據源的流，這個數據源可以是文件，內存，或是網絡連接。類似的，當程序需要寫入數據的時候，就會開啟一個通向目的地的流。

      總結的基本概念如下：

1) 數據流：

    一組有序，有起點和終點的字節的數據序列。包括輸入流和輸出流。【從內存數據的流向進行划分】

  

2) 輸入流（Input  Stream）：

      程序從輸入流讀取數據源。數據源包括外界(鍵盤、文件、網絡…)，即是將數據源讀入到程序的通信通道

     

 3) 輸出流：

    程序向輸出流寫入數據。將程序中的數據輸出到外界（顯示器、打印機、文件、網絡…）的通信通道。

         

采用數據流的目的就是使得輸出輸入獨立於設備。

Input  Stream不關心數據源來自何種設備（鍵盤，文件，網絡）
Output  Stream不關心數據的目的是何種設備（鍵盤，文件，網絡

3 數據流分類：

流序列中的數據既可以是未經加工的原始二進制數據，也可以是經一定編碼處理后符合某種格式規定的特定數據。因此Java中的流分為兩種：
 1)  字節流：數據流中最小的數據單元是字節
 2)  字符流：數據流中最小的數據單元是字符， Java中的字符是Unicode編碼，一個字符占用兩個字節。

 

Java I/O主要包括如下幾個層次，包含三個部分：

   1.流式部分：IO的主體部分；

   2.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；

   3.其他類：文件讀取部分的與安全相關的類，如：SerializablePermission類，以及與本地操作系統相關的文件系統的類，如：FileSystem類和Win32FileSystem類和WinNTFileSystem類。

   主要的類如下：

     1. File（文件特征與管理）：用於文件或者目錄的描述信息，例如生成新目錄，修改文件名，刪除文件，判斷文件所在路徑等。

     2. InputStream（二進制格式操作）：抽象類，基於字節的輸入操作，是所有輸入流的父類。定義了所有輸入流都具有的共同特征。

     3. OutputStream（二進制格式操作）：抽象類。基於字節的輸出操作。是所有輸出流的父類。定義了所有輸出流都具有的共同特征。

     Java中字符是采用Unicode標准，一個字符是16位，即一個字符使用兩個字節來表示。為此，JAVA中引入了處理字符的流。

     4. Reader（文件格式操作）：抽象類，基於字符的輸入操作。

     5. Writer（文件格式操作）：抽象類，基於字符的輸出操作。

     6. RandomAccessFile（隨機文件操作）：它的功能豐富，可以從文件的任意位置進行存取（輸入輸出）操作。

     Java中IO流的體系結構如圖：

     

5. 非流式文件類--File類

在Java語言的java.io包中，由File類提供了描述文件和目錄的操作與管理方法。但File類不是InputStream、OutputStream或Reader、Writer的子類，因為它不負責數據的輸入輸出，而專門用來管理磁盤文件與目錄。

作用：File類主要用於命名文件、查詢文件屬性和處理文件目錄。

1. public    class   File   extends Object   
2.  implements Serializable,Comparable  
3. {}  

File類共提供了三個不同的構造函數，以不同的參數形式靈活地接收文件和目錄名信息。構造函數：
1）File (String   pathname)   

     例:File  f1=new File("FileTest1.txt"); //創建文件對象f1，f1所指的文件是在當前目錄下創建的FileTest1.txt
2）File (String  parent  ,  String child)

     例:File f2=new  File(“D:\\dir1","FileTest2.txt") ;//  注意：D:\\dir1目錄事先必須存在，否則異常
3）File (File    parent  , String child)
     例:File  f4=new File("\\dir3");
          File  f5=new File(f4,"FileTest5.txt");  //在如果 \\dir3目錄不存在使用f4.mkdir()先創建

一個對應於某磁盤文件或目錄的File對象一經創建， 就可以通過調用它的方法來獲得文件或目錄的屬性。    

       1）public boolean exists( ) 判斷文件或目錄是否存在
       2）public boolean isFile( ) 判斷是文件還是目錄 
       3）public boolean isDirectory( ) 判斷是文件還是目錄
       4）public String getName( ) 返回文件名或目錄名
       5）public String getPath( ) 返回文件或目錄的路徑。
       6）public long length( ) 獲取文件的長度 
       7）public String[ ] list ( ) 將目錄中所有文件名保存在字符串數組中返回。 

       File類中還定義了一些對文件或目錄進行管理、操作的方法，常用的方法有：
       1） public boolean renameTo( File newFile );    重命名文件
       2） public void delete( );   刪除文件
       3）  public boolean mkdir( ); 創建目錄

例子：

1. import java.io.File;    
2. 02. import java.io.IOException;    
3. 03. public class TestFile {    
4. 04.     public static void main(String args[]) throws IOException {    
5. 05.         File dir = new File("\\root");    
6. 06.         File f1 = new File(dir, "fileOne.txt");    
7. 07.         File f2 = new File(dir, "fileTwo.java");    
8. 08.         // 文件對象創建后，指定的文件或目錄不一定物理上存在    
9. 09.         if (!dir.exists())    
10. 10.             dir.mkdir();    
11. 11.         if (!f1.exists())    
12. 12.             f1.createNewFile();    
13. 13.         if (!f2.exists())    
14. 14.             f2.createNewFile();    
15. 15.         System.out.println("f1's AbsolutePath=  " + f1.getAbsolutePath());    
16. 16.         System.out.println("f1 Canread=" + f1.canRead());    
17. 17.         System.out.println("f1's len= " + f1.length());    
18. 18.         String[] FL;    
19. 19.         int count = 0;    
20. 20.         FL = dir.list();    
21. 21.         for (int i = 0; i < FL.length; i++) {    
22. 22.             count++;    
23. 23.             System.out.println(FL[i] + "is in \\root");    
24. 24.         }    
25. 25.         System.out.println("there are" + count + "file in //root");    
26. 26.     }    
27. 27.     
28. 28. }    

說明：File類的方法:
(1) exists()測試磁盤中指定的文件或目錄是否存在
(2) mkdir()創建文件對象指定的目錄（單層目錄）
(3) createNewFile()創建文件對象指定的文件

(4) list()返回目錄中所有文件名字符串

 

6. Java.IO流類庫

1. io流的四個基本類

 java.io包中包含了流式I/O所需要的所有類。在java.io包中有四個基本類：InputStream、OutputStream及Reader、Writer類，它們分別處理字節流和字符流：

基本數據流的I/O

輸入/輸出	字節流	字符流
輸入流	Inputstream	Reader
輸出流	OutputStream	Writer

Java中其他多種多樣變化的流均是由它們派生出來的:

   JDK1.4版本開始引入了新I/O類庫，它位於java.nio包中，新I/O類庫利用通道和緩沖區等來提高I/O操作的效率。

    在java.io包中， java.io.InputStream 表示字節輸入流， java.io.OutputStream表示字節輸出流，處於java.io包最頂層。這兩個類均為抽象類，也就是說它們不能被實例化，必須生成子類之后才能實現一定功能

7. io流的具體分類

一、按I/O類型來總體分類

1. Memory 

1）從/向內存數組讀寫數據: CharArrayReader、 CharArrayWriter、ByteArrayInputStream、ByteArrayOutputStream
2）從/向內存字符串讀寫數據 StringReader、StringWriter、StringBufferInputStream

 

2.Pipe管道：實現管道的輸入和輸出（進程間通信）: PipedReader、PipedWriter、PipedInputStream、PipedOutputStream

3.File 文件流。對文件進行讀、寫操作 ：FileReader、FileWriter、FileInputStream、FileOutputStream

4.ObjectSerialization 對象輸入、輸出 ：ObjectInputStream、ObjectOutputStream

5.DataConversion數據流 按基本數據類型讀、寫（處理的數據是Java的基本類型（如布爾型，字節，整數和浮點數））：DataInputStream、DataOutputStream

 

6.Printing 包含方便的打印方法 ：PrintWriter、PrintStream

7.Buffering緩沖  在讀入或寫出時，對數據進行緩存，以減少I/O的次數：BufferedReader、BufferedWriter、BufferedInputStream、BufferedOutputStream

8.Filtering 濾流，在數據進行讀或寫時進行過濾：FilterReader、FilterWriter、FilterInputStream、FilterOutputStream

9.Concatenation合並輸入 把多個輸入流連接成一個輸入流 ：SequenceInputStream 

 

10.Counting計數  在讀入數據時對行記數 ：LineNumberReader、LineNumberInputStream

11.Peeking Ahead 通過緩存機制，進行預讀 ：PushbackReader、PushbackInputStream

12.Converting between Bytes and Characters 按照一定的編碼/解碼標准將字節流轉換為字符流，或進行反向轉換（Stream到Reader,Writer的轉換類）：InputStreamReader、OutputStreamWriter

二、按數據來源（去向）分類： 
1、File（文件）： FileInputStream, FileOutputStream, FileReader, FileWriter 
2、byte[]：ByteArrayInputStream, ByteArrayOutputStream 
3、Char[]: CharArrayReader, CharArrayWriter 
4、String: StringBufferInputStream, StringReader, StringWriter 
5、網絡數據流：InputStream, OutputStream, Reader, Writer