1.Java Io流的概念，分類，類圖。

1.1 Java Io流的概念

java的io是實現(xiàn)輸入和輸出的基礎(chǔ)，可以方便的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出操作。在java中把不同的輸入/輸出源（鍵盤，文件，網(wǎng)絡(luò)連接等）抽象表述為“流”(stream)。通過流的形式允許java程序使用相同的方式來訪問不同的輸入/輸出源。stram是從起源（source）到接收的（sink）的有序數(shù)據(jù)。

注：java把所有的傳統(tǒng)的流類型都放到在java io包下，用于實現(xiàn)輸入和輸出功能。

1.2 Io流的分類：

按照不同的分類方式，可以把流分為不同的類型。常用的分類有三種：

1.2.1 按照流的流向分，可以分為輸入流和輸出流。

• 輸入流： 只能從中讀取數(shù)據(jù)，而不能向其寫入數(shù)據(jù)。
• 輸出流：只能向其寫入數(shù)據(jù)，而不能向其讀取數(shù)據(jù)。

此處的輸入,輸出涉及一個方向的問題，對于如圖15.1所示的數(shù)據(jù)流向，數(shù)據(jù)從內(nèi)存到硬盤，通常稱為輸出流——也就是說，這里的輸入，輸出都是從程序運行所在的內(nèi)存的角度來劃分的。

注：如果從硬盤的角度來考慮，圖15.1所示的數(shù)據(jù)流應(yīng)該是輸入流才對；但劃分輸入/輸出流時是從程序運行所在的內(nèi)存的角度來考慮的，因此如圖15.1所在的流時輸出流。而不是輸入流。

對于如圖15.2所示的數(shù)據(jù)流向，數(shù)據(jù)從服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)流向客戶端，在這種情況下,Server端的內(nèi)存負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)輸出到網(wǎng)絡(luò)里，因此Server端的程序使用輸出流；Client端的內(nèi)存負(fù)責(zé)從網(wǎng)絡(luò)中讀取數(shù)據(jù)，因此Client端的程序應(yīng)該使用輸入流。

注：java的輸入流主要是InputStream和Reader作為基類，而輸出流則是主要由outputStream和Writer作為基類。它們都是一些抽象基類，無法直接創(chuàng)建實例。

1.2.2 按照操作單元劃分，可以劃分為字節(jié)流和字符流。

 字節(jié)流和字符流的用法幾乎完成全一樣，區(qū)別在于字節(jié)流和字符流所操作的數(shù)據(jù)單元不同，字節(jié)流操作的單元是數(shù)據(jù)單元是8位的字節(jié)，字符流操作的是數(shù)據(jù)單元為16位的字符。

字節(jié)流主要是由InputStream和outPutStream作為基類，而字符流則主要有Reader和Writer作為基類。

1.2.3 按照流的角色劃分為節(jié)點流和處理流。

可以從/向一個特定的IO設(shè)備（如磁盤，網(wǎng)絡(luò)）讀/寫數(shù)據(jù)的流，稱為節(jié)點流。節(jié)點流也被稱為低級流。圖15.3顯示了節(jié)點流的示意圖。

從圖15.3中可以看出，當(dāng)使用節(jié)點流進(jìn)行輸入和輸出時，程序直接連接到實際的數(shù)據(jù)源，和實際的輸入/輸出節(jié)點連接。
處理流則用于對一個已存在的流進(jìn)行連接和封裝，通過封裝后的流來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀/寫功能。處理流也被稱為高級流。圖15.4顯示了處理流的示意圖。

從圖15.4可以看出，當(dāng)使用處理流進(jìn)行輸入/輸出時，程序并不會直接連接到實際的數(shù)據(jù)源，沒有和實際的輸入和輸出節(jié)點連接。使用處理流的一個明顯的好處是，只要使用相同的處理流，程序就可以采用完全相同的輸入/輸出代碼來訪問不同的數(shù)據(jù)源，隨著處理流所包裝的節(jié)點流的變化，程序?qū)嶋H所訪問的數(shù)據(jù)源也相應(yīng)的發(fā)生變化。

1.3 流的原理淺析和常用的流的分類表：

1.3.1 流的原理淺析:

 java Io流共涉及40多個類，這些類看上去很雜亂，但實際上很有規(guī)則，而且彼此之間存在非常緊密的聯(lián)系， Java Io流的40多個類都是從如下4個抽象類基類中派生出來的。

• InputStream/Reader: 所有的輸入流的基類，前者是字節(jié)輸入流，后者是字符輸入流。
• OutputStream/Writer: 所有輸出流的基類，前者是字節(jié)輸出流，后者是字符輸出流。

對于InputStream和Reader而言，它們把輸入設(shè)備抽象成為一個”水管“，這個水管的每個“水滴”依次排列，如圖15.5所示：從圖15.5可以看出，字節(jié)流和字符流的處理方式其實很相似，只是它們處理的輸入/輸出單位不同而已。輸入流使用隱式的記錄指針來表示當(dāng)前正準(zhǔn)備從哪個“水滴”開始讀取，每當(dāng)程序從InputStream或者Reader里面取出一個或者多個“水滴”后，記錄指針自定向后移動；除此之外，InputStream和Reader里面都提供了一些方法來控制記錄指針的移動。

對于OutputStream和Writer而言，它們同樣把輸出設(shè)備抽象成一個”水管“，只是這個水管里面沒有任何水滴，如圖15.6所示：

正如圖15.6所示，當(dāng)執(zhí)行輸出時，程序相當(dāng)于依次把“水滴”放入到輸出流的水管中，輸出流同樣采用隱示指針來標(biāo)識當(dāng)前水滴即將放入的位置，每當(dāng)程序向OutputStream或者Writer里面輸出一個或者多個水滴后，記錄指針自動向后移動。

圖15.5和圖15.6顯示了java Io的基本概念模型，除此之外，Java的處理流模型則體現(xiàn)了Java輸入和輸出流設(shè)計的靈活性。處理流的功能主要體現(xiàn)在以下兩個方面。

• 性能的提高：主要以增加緩沖的方式來提供輸入和輸出的效率。
• 操作的便捷：處理流可能提供了一系列便捷的方法來一次輸入和輸出大批量的內(nèi)容，而不是輸入/輸出一個或者多個“水滴”。

處理流可以“嫁接”在任何已存在的流的基礎(chǔ)之上，這就允許Java應(yīng)用程序采用相同的代碼，透明的方式來訪問不同的輸入和輸出設(shè)備的數(shù)據(jù)流。圖15.7顯示了處理流的模型。

1.3.2 java輸入/輸出流體系中常用的流的分類表

注：表中粗體字所標(biāo)出的類代表節(jié)點流，必須直接與指定的物理節(jié)點關(guān)聯(lián)：斜體字標(biāo)出的類代表抽象基類，無法直接創(chuàng)建實例。

2.常用的io流的用法

下面是整理的常用的Io流的特性及使用方法，只有清楚每個Io流的特性和方法。才能在不同的需求面前正確的選擇對應(yīng)的IO流進(jìn)行開發(fā)。

2.1 Io體系的基類（InputStream/Reader，OutputStream/Writer）

字節(jié)流和字符流的操作方式基本一致，只是操作的數(shù)據(jù)單元不同——字節(jié)流的操作單元是字節(jié)，字符流的操作單元是字符。所以字節(jié)流和字符流就整理在一起了。

InputStream和Reader是所有輸入流的抽象基類，本身并不能創(chuàng)建實例來執(zhí)行輸入，但它們將成為所有輸入流的模板，所以它們的方法是所有輸入流都可使用的方法。

在InputStream里面包含如下3個方法。

• int read(); 從輸入流中讀取單個字節(jié)（相當(dāng)于從圖15.5所示的水管中取出一滴水），返回所讀取的字節(jié)數(shù)據(jù)（字節(jié)數(shù)據(jù)可直接轉(zhuǎn)換為int類型）。
• int read(byte[] b)從輸入流中最多讀取b.length個字節(jié)的數(shù)據(jù)，并將其存儲在字節(jié)數(shù)組b中，返回實際讀取的字節(jié)數(shù)。
• int read(byte[] b,int off,int len); 從輸入流中最多讀取len個字節(jié)的數(shù)據(jù)，并將其存儲在數(shù)組b中，放入數(shù)組b中時，并不是從數(shù)組起點開始，而是從off位置開始，返回實際讀取的字節(jié)數(shù)。

在Reader中包含如下3個方法。

• int read(); 從輸入流中讀取單個字符（相當(dāng)于從圖15.5所示的水管中取出一滴水），返回所讀取的字符數(shù)據(jù)（字節(jié)數(shù)據(jù)可直接轉(zhuǎn)換為int類型）。
• int read(char[] b)從輸入流中最多讀取b.length個字符的數(shù)據(jù)，并將其存儲在字節(jié)數(shù)組b中，返回實際讀取的字符數(shù)。
• int read(char[] b,int off,int len); 從輸入流中最多讀取len個字符的數(shù)據(jù)，并將其存儲在數(shù)組b中，放入數(shù)組b中時，并不是從數(shù)組起點開始，而是從off位置開始，返回實際讀取的字符數(shù)。

對比InputStream和Reader所提供的方法，就不難發(fā)現(xiàn)這兩個基類的功能基本是一樣的。InputStream和Reader都是將輸入數(shù)據(jù)抽象成如圖15.5所示的水管，所以程序即可以通過read()方法每次讀取一個”水滴“，也可以通過read（char[] chuf）或者read（byte[] b）方法來讀取多個“水滴”。

當(dāng)使用數(shù)組作為read（）方法中的參數(shù), 我們可以理解為使用一個“竹筒”到如圖15.5所示的水管中取水，如圖15.8所示read(char[] cbuf)方法的參數(shù)可以理解成一個”竹筒“，程序每次調(diào)用輸入流read(char[] cbuf)或read（byte[] b）方法，就相當(dāng)于用“竹筒”從輸入流中取出一筒“水滴”，程序得到“竹筒”里面的”水滴“后，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)即可；

程序多次重復(fù)這個“取水”過程，直到最后。程序如何判斷取水取到了最后呢？直到read（char[] chuf）或者read（byte[] b）方法返回-1，即表明到了輸入流的結(jié)束點。

InputStream和Reader提供的一些移動指針的方法：

• void mark(int readAheadLimit); 在記錄指針當(dāng)前位置記錄一個標(biāo)記（mark）。
• boolean markSupported(); 判斷此輸入流是否支持mark()操作，即是否支持記錄標(biāo)記。
• void reset(); 將此流的記錄指針重新定位到上一次記錄標(biāo)記（mark）的位置。
• long skip(long n); 記錄指針向前移動n個字節(jié)/字符。

OutputStream和Writer：

OutputStream和Writer的用法也非常相似，它們采用如圖15.6所示的模型來執(zhí)行輸入，兩個流都提供了如下三個方法：

• void write(int c); 將指定的字節(jié)/字符輸出到輸出流中，其中c即可以代表字節(jié)，也可以代表字符。
• void write(byte[]/char[] buf); 將字節(jié)數(shù)組/字符數(shù)組中的數(shù)據(jù)輸出到指定輸出流中。
• void write(byte[]/char[] buf, int off,int len ); 將字節(jié)數(shù)組/字符數(shù)組中從off位置開始，長度為len的字節(jié)/字符輸出到輸出流中。

因為字符流直接以字符作為操作單位，所以Writer可以用字符串來代替字符數(shù)組，即以String對象作為參數(shù)。Writer里面還包含如下兩個方法。

• void write(String str); 將str字符串里包含的字符輸出到指定輸出流中。
• void write (String str, int off, int len); 將str字符串里面從off位置開始，長度為len的字符輸出到指定輸出流中。

2.2 Io體系的基類文件流的使用(FileInputStream/FileReader ，F(xiàn)ileOutputStream/FileWriter) 

前面說過InputStream和Reader都是抽象類，本身不能創(chuàng)建實例，但它們分別有一個用于讀取文件的輸入流：FileInputStream和FileReader，它們都是節(jié)點流——會直接和指定文件關(guān)聯(lián)。下面程序示范使用FileInputStream和FileReader。

使用FileInputStream讀取文件：

public class MyClass {
public static void main(String[] args)throws IOException{
FileInputStream fis=null;
try {
//創(chuàng)建字節(jié)輸入流
fis=new FileInputStream("E:\\learnproject\\Iotest\\lib\\src\\main\\java\\com\\Test.txt");
//創(chuàng)建一個長度為1024的竹筒
byte[] b=new byte[1024];
//用于保存的實際字節(jié)數(shù)
int hasRead=0;
//使用循環(huán)來重復(fù)取水的過程
while((hasRead=fis.read(b))>0){
//取出竹筒中的水滴（字節(jié)），將字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換成字符串進(jìn)行輸出
System.out.print(new String(b,0,hasRead));
}
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}finally {
fis.close();
}
}
}

注：上面程序最后使用了fis.close()來關(guān)閉該文件的輸入流，與JDBC編程一樣，程序里面打開的文件IO資源不屬于內(nèi)存的資源，垃圾回收機(jī)制無法回收該資源，所以應(yīng)該顯示的關(guān)閉打開的IO資源。Java 7改寫了所有的IO資源類，它們都實現(xiàn)了AntoCloseable接口，因此都可以通過自動關(guān)閉資源的try語句來關(guān)閉這些Io流。

使用FileReader讀取文件：

public class FileReaderTest {
public static void main(String[] args)throws IOException{
FileReader fis=null;
try {
//創(chuàng)建字節(jié)輸入流
fis=new FileReader("E:\\learnproject\\Iotest\\lib\\src\\main\\java\\com\\Test.txt");
//創(chuàng)建一個長度為1024的竹筒
char[] b=new char[1024];
//用于保存的實際字節(jié)數(shù)
int hasRead=0;
//使用循環(huán)來重復(fù)取水的過程
while((hasRead=fis.read(b))>0){
//取出竹筒中的水滴（字節(jié)），將字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換成字符串進(jìn)行輸出
System.out.print(new String(b,0,hasRead));
}
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}finally {
fis.close();
}
}
}

可以看出使用FileInputStream和FileReader進(jìn)行文件的讀寫并沒有什么區(qū)別，只是操作單元不同而且。

FileOutputStream/FileWriter是Io中的文件輸出流，下面介紹這兩個類的用法。

FileOutputStream的用法：

public class FileOutputStreamTest {
public static void main(String[] args)throws IOException {
FileInputStream fis=null;
FileOutputStream fos=null;
try {
//創(chuàng)建字節(jié)輸入流
fis=new FileInputStream("E:\\learnproject\\Iotest\\lib\\src\\main\\java\\com\\Test.txt");
//創(chuàng)建字節(jié)輸出流
fos=new FileOutputStream("E:\\learnproject\\Iotest\\lib\\src\\main\\java\\com\\newTest.txt");
byte[] b=new byte[1024];
int hasRead=0;
//循環(huán)從輸入流中取出數(shù)據(jù)
while((hasRead=fis.read(b))>0){
//每讀取一次，即寫入文件輸入流，讀了多少，就寫多少。
fos.write(b,0,hasRead);
}
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}finally {
fis.close();
fos.close();
}
}
}

運行程序可以看到輸出流指定的目錄下多了一個文件：newTest.txt, 該文件的內(nèi)容和Test.txt文件的內(nèi)容完全相同。FileWriter的使用方式和FileOutputStream基本類似，這里就帶過。

注：使用java的io流執(zhí)行輸出時，不要忘記關(guān)閉輸出流，關(guān)閉輸出流除了可以保證流的物理資源被回收之外，可能還可以將輸出流緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)flush到物理節(jié)點中里（因為在執(zhí)行close（）方法之前，自動執(zhí)行輸出流的flush（）方法）。java很多輸出流默認(rèn)都提供了緩存功能，其實我們沒有必要刻意去記憶哪些流有緩存功能，哪些流沒有，只有正常關(guān)閉所有的輸出流即可保證程序正常。

緩沖流的使用（BufferedInputStream/BufferedReader, BufferedOutputStream/BufferedWriter）：

下面介紹字節(jié)緩存流的用法（字符緩存流的用法和字節(jié)緩存流一致就不介紹了）：

public class BufferedStreamTest {
public static void main(String[] args)throws IOException {
FileInputStream fis=null;
FileOutputStream fos=null;
BufferedInputStream bis=null;
BufferedOutputStream bos=null;
try {
//創(chuàng)建字節(jié)輸入流
fis=new FileInputStream("E:\\learnproject\\Iotest\\lib\\src\\main\\java\\com\\Test.txt");
//創(chuàng)建字節(jié)輸出流
fos=new FileOutputStream("E:\\learnproject\\Iotest\\lib\\src\\main\\java\\com\\newTest.txt");
//創(chuàng)建字節(jié)緩存輸入流
bis=new BufferedInputStream(fis);
//創(chuàng)建字節(jié)緩存輸出流
bos=new BufferedOutputStream(fos);
byte[] b=new byte[1024];
int hasRead=0;
//循環(huán)從緩存流中讀取數(shù)據(jù)
while((hasRead=bis.read(b))>0){
//向緩存流中寫入數(shù)據(jù)，讀取多少寫入多少
bos.write(b,0,hasRead);
}
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}finally {
bis.close();
bos.close();
}
}
}

可以看到使用字節(jié)緩存流讀取和寫入數(shù)據(jù)的方式和文件流（FileInputStream,FileOutputStream）并沒有什么不同，只是把處理流套接到文件流上進(jìn)行讀寫。緩存流的原理下節(jié)介紹。

上面代碼中我們使用了緩存流和文件流，但是我們只關(guān)閉了緩存流。這個需要注意一下，當(dāng)我們使用處理流套接到節(jié)點流上的使用的時候，只需要關(guān)閉最上層的處理就可以了。java會自動幫我們關(guān)閉下層的節(jié)點流。

2.3 轉(zhuǎn)換流的使用（InputStreamReader/OutputStreamWriter）:

下面以獲取鍵盤輸入為例來介紹轉(zhuǎn)換流的用法。java使用System.in代表輸入。即鍵盤輸入，但這個標(biāo)準(zhǔn)輸入流是InputStream類的實例，使用不太方便，而且鍵盤輸入內(nèi)容都是文本內(nèi)容，所以可以使用InputStreamReader將其包裝成BufferedReader,利用BufferedReader的readLine()方法可以一次讀取一行內(nèi)容，如下代碼所示:

public class InputStreamReaderTest {
public static void main(String[] args)throws IOException {
try {
// 將System.in對象轉(zhuǎn)化為Reader對象
InputStreamReader reader=new InputStreamReader(System.in);
//將普通的Reader包裝成BufferedReader
BufferedReader bufferedReader=new BufferedReader(reader);
String buffer=null;
while ((buffer=bufferedReader.readLine())!=null){
// 如果讀取到的字符串為“exit”,則程序退出
if(buffer.equals("exit")){
System.exit(1);
}
//打印讀取的內(nèi)容
System.out.print("輸入內(nèi)容："+buffer);
}
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}finally {
}
}
}

上面程序?qū)ystem.in包裝成BufferedReader,BufferedReader流具有緩存功能，它可以一次讀取一行文本——以換行符為標(biāo)志，如果它沒有讀到換行符，則程序堵塞。等到讀到換行符為止。運行上面程序可以發(fā)現(xiàn)這個特征，當(dāng)我們在控制臺執(zhí)行輸入時，只有按下回車鍵，程序才會打印出剛剛輸入的內(nèi)容。

2.4 對象流的使用（ObjectInputStream/ObjectOutputStream）的使用：

寫入對象：

public static void writeObject(){
OutputStream outputStream=null;
BufferedOutputStream buf=null;
ObjectOutputStream obj=null;
try {
//序列化文件輸出流
outputStream=new FileOutputStream("E:\\learnproject\\Iotest\\lib\\src\\main\\java\\com\\myfile.tmp");
//構(gòu)建緩沖流
buf=new BufferedOutputStream(outputStream);
//構(gòu)建字符輸出的對象流
obj=new ObjectOutputStream(buf);
//序列化數(shù)據(jù)寫入
obj.writeObject(new Person("A", 21));//Person對象
//關(guān)閉流
obj.close();
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}

讀取對象：

/**
* 讀取對象
*/
public static void readObject() throws IOException {
try {
InputStream inputStream=new FileInputStream("E:\\learnproject\\Iotest\\lib\\src\\main\\java\\com\\myfile.tmp");
//構(gòu)建緩沖流
BufferedInputStream buf=new BufferedInputStream(inputStream);
//構(gòu)建字符輸入的對象流
ObjectInputStream obj=new ObjectInputStream(buf);
Person tempPerson=(Person)obj.readObject();
System.out.println("Person對象為："+tempPerson);
//關(guān)閉流
obj.close();
buf.close();
inputStream.close();
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
}

使用對象流的一些注意事項

1.讀取順序和寫入順序一定要一致，不然會讀取出錯。

2.在對象屬性前面加transient關(guān)鍵字，則該對象的屬性不會被序列化。

4.何為NIO,和傳統(tǒng)Io有何區(qū)別？

我們使用InputStream從輸入流中讀取數(shù)據(jù)時，如果沒有讀取到有效的數(shù)據(jù)，程序?qū)⒃诖颂幾枞摼€程的執(zhí)行。其實傳統(tǒng)的輸入里和輸出流都是阻塞式的進(jìn)行輸入和輸出。 不僅如此，傳統(tǒng)的輸入流、輸出流都是通過字節(jié)的移動來處理的（即使我們不直接處理字節(jié)流，但底層實現(xiàn)還是依賴于字節(jié)處理），也就是說，面向流的輸入和輸出一次只能處理一個字節(jié)，因此面向流的輸入和輸出系統(tǒng)效率通常不高。

從JDk1.4開始，java提供了一系列改進(jìn)的輸入和輸出處理的新功能，這些功能被統(tǒng)稱為新IO(NIO)。新增了許多用于處理輸入和輸出的類，這些類都被放在java.nio包及其子包下，并且對原io的很多類都以NIO為基礎(chǔ)進(jìn)行了改寫。新增了滿足NIO的功能。

NIO采用了內(nèi)存映射對象的方式來處理輸入和輸出，NIO將文件或者文件的一塊區(qū)域映射到內(nèi)存中，這樣就可以像訪問內(nèi)存一樣來訪問文件了。通過這種方式來進(jìn)行輸入/輸出比傳統(tǒng)的輸入和輸出要快的多。

JDk1.4使用NIO改寫了傳統(tǒng)Io后，傳統(tǒng)Io的讀寫速度和NIO差不了太多。

5.在開發(fā)中正確使用Io流

了解了java io的整體類結(jié)構(gòu)和每個類的一下特性后，我們可以在開發(fā)的過程中根據(jù)需要靈活的使用不同的Io流進(jìn)行開發(fā)。下面是我整理2點原則:

• 如果是操作二進(jìn)制文件那我們就使用字節(jié)流，如果操作的是文本文件那我們就使用字符流。
• 盡可能的多使用處理流，這會使我們的代碼更加靈活，復(fù)用性更好。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。