Java语言中的IO系统

 

Java的核心库java.io提供了全面的IO接口，包括：文件读写，标准设备输出等等。Java中IO是以流为基础进行输入输出的，所有数据被串行化写入输出流，或者从输入流读入。在具体使用中很多初学者对Java.io包的使用非常含糊，本文将详细解说关于Java.io的使用。

 

1.stream

代表的是任何有能力产出数据的数据源，或是任何有能力接收数据的接收源。在Java的IO系统中，所有的stream（包括Input和Out stream）都包括两种类型：

1.1以字节为导向的stream

以字节为导向的stream，表示以字节为单位从stream中读取或往stream中写入信息。以字节为导向的stream包括下面几种类型：

input

stream：

1）ByteArrayInputStream：把内存中的一个缓冲区作为InputStream使用

2）StringBufferInputStream：把一个String对象作为InputStream

3）FileInputStream：把一个文件作为InputStream，实现对文件的读取操作

4）PipedInputStream：实现了pipe的概念，主要在线程中使用

5）SequenceInputStream：把多个InputStream合并为一个InputStream

Out

stream

1）ByteArrayOutputStream：把信息存入内存中的一个缓冲区中

2）FileOutputStream：把信息存入文件中

3）PipedOutputStream：实现了pipe的概念，主要在线程中使用

4）SequenceOutputStream：把多个OutStream合并为一个OutStream

1.2下图表示字节流部分的输入与输出的对应关系

 

上图中蓝色的为主要的对应部分，红色的部分就是不对应部分。我习惯上称之为“不入流”部分。紫色的虚线部分代表这些流一般要搭配使用。从上面的图中可以看出Java IO中的字节流是极其对称的。

“存在及合理”我们看看这些字节流中不太对称的几个类吧！

 

1.LineNumberInputStream主要完成从流中读取数据时，会得到相应的行号，至于什么时候分行、在哪里分行是由改类主动确定的，并不是在原始中有这样一个行号。在输出部分没有对应的部分，我们完全可以自己建立一个LineNumberOutputStream，在最初写入时会有一个基准的行号，以后每次遇到换行时会在下一行添加一个行号，看起来也是可以的。好像更不入流了。

 

2.PushbackInputStream的功能是查看最后一个字节，不满意就放入缓冲区。主要用在编译器的语法、词法分析部分。输出部分的BufferedOutputStream几乎实现相近的功能。

3.StringBufferInputStream已经被Deprecated，本身就不应该出现在InputStream部分，主要因为String应该属于字符流的范围。已经被废弃了，当然输出部分也没有必要需要它了！还允许它存在只是为了保持版本的向下兼容而已。

4.SequenceInputStream可以认为是一个工具类，将两个或者多个输入流当成一个输入流依次读取。完全可以从IO包中去除，还完全不影响IO包的结构，却让其更“纯洁”――纯洁的Decorator模式。

5.PrintStream也可以认为是一个辅助工具。主要可以向其他输出流，或者FileInputStream写入数据，本身内部实现还是带缓冲的。本质上是对其它流的综合运用 的一个工具而已。一样可以踢出IO包！System.out和System.out就是PrintStream的实例！

蓝色的部分是IO字节流的主要组成部分，存在极强的对称关系。关于搭配使用的三对类补充一下：ObjectInputStream/ObjectOutputStream和DataInputStream/DataOutputStream 主要是要求写对象/数据和读对象/数据的次序要保持一致，否则轻则不能得到正确的数据，重则抛出异常(一般会如此)；PipedInputStream /PipedOutputStream在创建时一般就一起创建，调用它们的读写方法时会检查对方是否存在，或者关闭！道理极其简单――对方都不在了，怎么交互啊！

 

1.3以Unicode字符为导向的stream

以Unicode字符为导向的stream，表示以Unicode字符为单位从stream中读取或往stream中写入信息。以Unicode字符为导向的stream包括下面几种类型：

Input

Stream

1）CharArrayReader：与ByteArrayInputStream对应

2）StringReader：与StringBufferInputStream对应

3）FileReader：与FileInputStream对应

4）PipedReader：与PipedInputStream对应

Out

Stream

1）CharArrayWrite：与ByteArrayOutputStream对应

2）StringWrite：无与之对应的以字节为导向的stream

3）FileWrite：与FileOutputStream对应

4）PipedWrite：与PipedOutputStream对应

以字符为导向的stream基本上对有与之相对应的以字节为导向的stream.两个对应类实现的功能相同，字是在操作时的导向不同。如 CharArrayReader：和ByteArrayInputStream的作用都是把内存中的一个缓冲区作为InputStream使用，所不同的 是前者每次从内存中读取一个字节的信息，而后者每次从内存中读取一个字符。

1.4字符流的输入与输出的对应关系图：

1.5 IO中字节输入流与字符输入流的对应图

蓝色的表示对应的部分，红色的表示不对应的部分。至于为什么不对应还是你自己多看看源代码、多考虑考虑吧！还要强调一点就是即使对应，它们的继承关系也是不太对应的。

1.6 IO中字节输出流与字符输出流的对应图

2.stream添加属性

这是运用到设计模式中的装饰者模式（Decorator模式[别名Wrapper]）。动态的给一个对象添加额外的职责。同时，若要拓展功能，装饰者模式比继承更加灵活。

2.1“为stream添加属性”的作用

运用上面介绍的Java中操作IO的API，我们就可完成我们想完成的任何操作了。但通过FilterInputStream和FilterOutStream的子类，我们可以为stream添加属性。下面以一个例子来说明这种功能的作用。

如果我们要往一个文件中写入数据，我们可以这样操作：

FileOutStream fs = new FileOutStream（“test.txt”）； 

然后就可以通过产生的fs对象调用write（）函数来往test.txt文件中写入数据了。但是，如果我们想实现“先把要写入文件的数据先缓存到内存中，再把缓存中的数据写入文件中”的功能时，上面的API就没有一个能满足我们的需求了。但是通过FilterInputStream和 FilterOutStream的子类，为FileOutStream添加我们所需要的功能。

2.2FilterInputStream的各种类型

2.2.1用于封装以字节为导向的InputStream

1）DataInputStream：从stream中读取基本类型（int、char等）数据。

2）BufferedInputStream：使用缓冲区

3）LineNumberInputStream：会记录input stream内的行数，然后可以调用getLineNumber（）和setLineNumber（int）

4）PushbackInputStream：很少用到，一般用于编译器开发

2.2.2用于封装以字符为导向的InputStream

1）没有与DataInputStream对应的类。除非在要使用readLine（）时改用BufferedReader，否则使用DataInputStream

2）BufferedReader：与BufferedInputStream对应

3）LineNumberReader：与LineNumberInputStream对应

4）PushBackReader：与PushbackInputStream对应

2.3FilterOutStream的各种类型

2.2.3用于封装以字节为导向的OutputStream

1）DataIOutStream：往stream中输出基本类型（int、char等）数据。

2）BufferedOutStream：使用缓冲区

3）PrintStream：产生格式化输出

2.2.4用于封装以字符为导向的OutputStream

1）BufferedWrite：与对应

2）PrintWrite：与对应

3.RandomAccessFile

1）可通过RandomAccessFile对象完成对文件的读写操作

2）在产生一个对象时，可指明要打开的文件的性质：r，只读；w，只写；rw可读写

3）可以直接跳到文件中指定的位置

参考文献：http://www.ebailin.cn/news/bencandy.php?fid=38&id=663