I/O概述

概述

Java 的 I/O 操作类在包 java.io 下，大概有将近 80 个类，但是这些类可以从不同的角度进行划分。

按照流的流向划分

  • 输入流：以InputStream结尾的以及其子类

  • 输出流：以OutputStream结尾的的以及其子类

输入还是输出：谈这个概念是要有对象的，也就是说是谁的输入流、谁的输出流。对于一个java程序，往外发出信息，就要用输出流。而要从别的地方读取数据，就要用输入流。对于一个文件，别人发来信息我要接受，就要用输入流来读取，而要让A来读取它的内容，那么A就要用输入来读取。总之，两点：一个是具体对象，一个是数据的流向。理解这两个概念就可以明白到底是用输入流还是输出流。这里的输入输出，都是针对java程序而言的，程序从文件中读取数据就用输入流，程序往文件中写数据就要用输出流。

按照操作单元划分

  • 字节流：xxxStream

  • 字符流：Reader/Writer

除了这种划分，深入分析 Java I/O 的工作机制 中提供了另外一种粒度的划分方式：

  • 基于字节操作的 I/O 接口：InputStream 和 OutputStream

  • 基于字符操作的 I/O 接口：Writer 和 Reader

  • 基于磁盘操作的 I/O 接口：File

  • 基于网络操作的 I/O 接口：Socket

按照流的角色划分

  • 节点流：直接从指定的位置（如磁盘文件或内存区域）读或写

    • 文 件：FileInputStream、FileOutputStrean、FileReade、FileWriter 文件进行处理的节点流

    • 字符串：StringReader、StringWriter 对字符串进行处理的节点流

    • 数组 ：ByteArrayInputStream、ByteArrayOutputStreamCharArrayReader、CharArrayWriter 对数组进行处理的节点流(对应的不再是文件，而是内存中的一个数组)。

    • 管 道 ：PipedInputStream、PipedOutputStream、PipedReaderPipedWriter对管道进行处理的节点流。

    • 父 类： InputStream 、OutputStream、Reader、Writer

  • 处理流（又叫过滤流）：以其它输入流/输出流作为它的输入源/输出位置，经过过滤或处理后再以新的输入流/输出流的形式提供给用户

    • 缓冲流：BufferedInputStream、BufferedOutputStream、BufferedReader、BufferedWriter等，增加缓冲功能，避免频繁读写硬盘。

    • 转换流：InputStreamReader、OutputStreamReader等，实现字节流和字符流之间的转换。

    • 数据流 DataInputStream、DataOutputStream 等，提供将基础数据类型写入到文件中或者读取文件。

在计算机的世界中，无论是内存/磁盘/网络传输，最小的存储单元都是字节（一个字节对应8个位），但在程序中，有意义的数据都是以字符形式出现。在Java中的I/O体系中，InputStream/OutputStream对应字节，Reader/Writer对应字符。在此基础之上，针对常见的文件操作，Java提供了File/RandomAccessFile等类；针对常见的网络操作，Java提供了NIO/NIO2等框架。

下面将从输入/输出这个角度，讲解Java中的I/O体系中的InputStream/OutputStream以及Reader/Writer。

输入流

InputStream 是所有的输入字节流的父类，Reader 是所有的输入字符流的父类，这两个基类的功能基本一样，都是从某处读取或获取流，但是读取的数据单元不同。

public abstract class InputStream implements Closeable {

    //读取一个字节并以整数的形式返回(0~255),如果返回-1已到输入流的末尾。 
    int read();

    //读取一系列字节并存储到一个数组buffer，返回实际读取的字节数，如果读取前已到输入流的末尾返回-1。 
    int read(byte[] buffer);

    //读取length个字节并存储到一个字节数组buffer，从off位置开始存,最多len，返回实际读取的字节数，如果读取前以到输入流的末尾返回-1。 
    int read(byte[] buffer, int off, int len);
}

public abstract class Reader implements Readable, Closeable {

    //读取一个字符并以整数的形式返回(0~255),如果返回-1已到输入流的末尾。 
    int read(); 

    //读取一系列字符并存储到一个数组buffer，返回实际读取的字符数，如果读取前已到输入流的末尾返回-1。 
    int read(char[] cbuf);

    //读取length个字符,并存储到一个数组buffer，从off位置开始存,最多读取len，返回实际读取的字符数，如果读取前以到输入流的末尾返回-1。 
    int read(char[] cbuf, int off, int len);
}

InputStream实现类

  • FileInputStream：从文件获取输入流，实现对文件的读取

  • FilterInputStream：过滤流，一般是对原来的输入流进行功能增强

    • BufferedInputStream：提供缓冲功能

    • DataInputStream： 包装为Java中的基本数据类型的流

    • PushbackInputStream：

  • PipedInputStream：用于进程间通信

  • SequenceInputStream：把多个输入聚合成一个输入流

  • StringBufferInputStream：将字符串转换为输入流

  • ByteArrayInputStream：将字节数组转换为输入流

Reader实现类

  • InputStreamReader：将字节流转换为字符流

    • FileReader：与FileInputStream对应，用来读取文件

  • BufferedReader：对原输入流提供缓冲

    • LineNumberReader：对原输入流提供按行读取的功能

  • CharArrayReader：将字符数组转换为输入流

  • StringReader：将字符串转换为输入流

  • FilterReader：对原字符流进行过滤

    • PushbackReader：

  • PipedReader：

输出流

OutputStream是所有的输出字节流的父类，Writer 是所有的输出字符流的父类，这两个基类的功能基本一样，都是从将流写入到某处，但是操作的数据单元不同。

public abstract class OutputStream implements Closeable, Flushable {
    //向输出流中写入一个字节数据,该字节数据为参数b的低8位。 
    void write(int b) ; 

    //将一个字节类型的数组中的数据写入输出流。 
    void write(byte[] b); 

    //将一个字节类型的数组中的从指定位置（off）开始的,len个字节写入到输出流。 
    void write(byte[] b, int off, int len); 

    //将输出流中缓冲的数据全部写出到目的地。 
    void flush();
}

public abstract class Writer implements Appendable, Closeable, Flushable {
    //向输出流中写入一个字符数据,该字节数据为参数b的低16位。 
    void write(int c); 

    //将一个字符类型的数组中的数据写入输出流， 
    void write(char[] cbuf) 

    //将一个字符类型的数组中的从指定位置（offset）开始的,length个字符写入到输出流。 
    void write(char[] cbuf, int offset, int length);

    //将一个字符串中的字符写入到输出流。 
    void write(String string); 

    //将一个字符串从offset开始的length个字符写入到输出流。 
    void write(String string, int offset, int length); 
    //将输出流中缓冲的数据全部写出到目的地。 

    void flush()
}

OutputStream实现类

  • FileOutputStream：将数据写入文件中

  • FilterOutputStream：对输出流进行过滤

    • BufferedOutputStream：提供缓冲功能

    • DataOutputStream：将数据写入到Java基本类型中

    • PrintStream：提供打印功能，即将数据写入到控制台

  • PipedOutputStream：todo

  • ObjectOutputStream：将数据写入到一个Java对象中

  • ByteArrayOutputStream：将数据写入到内存中的字节数组中

Writer实现类

  • OutputStreamWriter：从字符到字节的转换

    • FileWriter：将数据写入到文件中

  • CharArrayWriter：将数据写入到内存中的字符数组中

  • StringWriter：将数组写入到一个字符串中

  • PipedWriter：todo

  • BufferedWriter：对输出流提供缓冲功能

  • PrintWriter：将数据写入到控制台，即提供打印功能

  • FilterWriter：对输出流进行过滤

总结

对于Java的I/O诸多实现类的命名，如果将实现类的名字分为前后两部分，则可以从名字中获取这样的信息：

  • 前半部分

    • 流的数据源/目的地

      • 以File开头的，说明操作的是文件

      • 以String开头的，说明操作的是字符串

      • 以Char开头的，说明操作的是字符

      • 以Byte开头的，说明操作的是字节

      • 以Data开头的，说明操作的Java中的基本数据类型的数据

      • 以Object开头的，说明操作的是Java中的对象

    • 流的功能

      • 以Buffer开头的，说明该类是对另外一个流提供缓冲功能（输入流/输出流）

      • 以Print开头的，说明该类将数据写入到控制台，即提供打印功能（输出流）

  • 后半部分

    • 字节/字符

      • 以InputStream/OutputStream结束的，说明是字节流

      • 以Reader/Writer结束的，说明是字符流

    • 输入/输出

      • 以InputStream/Reader结束的，说明是输入流

      • 以OutputStream/Writer结束的，说明是输出流

在使用这些类的时候，往往是组合使用的。Java I/O类库的设计是装饰模式应用的经典。即不同的输入/输出流，可以被具有不同功能的类进行装饰，实现功能增强，如下：

OutputStream out = new BufferedOutputStream(new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("fileName"))；

参考

深入分析 Java I/O 的工作机制

Java IO流详解（二）——IO流的框架体系

Java IO详解

Java IO教程：是名副其实的教程，对每个类介绍的都很详细

Java输入输出流

PreviousI/ONext磁盘I/O与网络I/O

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