1.什么是 IO
对于任何程序设计语言而言,输入输出(Input/Output)系统都是非常核心的功能。程序 运行需要数据,数据的获取往往需要跟外部系统进行通信,外部系统可能是文件、数据库、 其他程序、网络、IO 设备等等。外部系统比较复杂多变,那么我们有必要通过某种手段进行抽象、屏蔽外部的差异,从而实现更加便捷的编程。 输入(Input)指的是:可以让程序从外部系统获得数据(核心含义是“读”,读取外部数据)。
常见的应用:
读取硬盘上的文件内容到程序。例如:播放器打开一个视频文件、word 打开一个 doc 文件。
读取网络上某个位置内容到程序。例如:浏览器中输入网址后,打开该网址对应的 网页内容;下载网络上某个网址的文件。
读取数据库系统的数据到程序。
读取某些硬件系统数据到程序。例如:车载电脑读取雷达扫描信息到程序;温控系 统等。
输出(Output)指的是:
程序输出数据给外部系统从而可以操作外部系统(核心含义是 “写”,将数据写出到外部系统)。常见的应用有:
将数据写到硬盘中。例如:我们编辑完一个 word 文档后,将内容写到硬盘上进行 保存。
将数据写到数据库系统中。例如:我们注册一个网站会员,实际就是后台程序向数 据库中写入一条记录。
将数据写到某些硬件系统中。例如:导弹系统导航程序将新的路径输出到飞控子系 统,飞控子系统根据数据修正飞行路径。
2.数据源
数据源 Data Source,提供数据的原始媒介。常见的数据源有:数据库、文件、其他程 序、内存、网络连接、IO 设备。 数据源分为:源设备、目标设备。
源设备:为程序提供数据,一般对应输入流。
目标设备:程序数据的目的地,一般对应输出流。
3.流的概念
流是一个抽象、动态的概念,是一连串连续动态的数据集合。 对于输入流而言,数据源就像水箱,流(Stream)就像水管中流动着的水流,程序就是我 们最终的用户。我们通过流(A Stream)将数据源(Source)中的数据(information)输送 到程序(Program)中。
对于输出流而言,目标数据源就是目的地(dest),我们通过流(A Stream)将程序 (Program)中的数据(information)输送到目的数据源(dest)中。
4.Java 中四大 IO 抽象类
InputStream/OutputStream 和 Reader/Writer 类是所有 IO 流类的抽象父类,我们有必要 简单了解一下这个四个抽象类的作用。然后,通过它们具体的子类熟悉相关的用法。
InputStream:
此抽象类是表示字节输入流的所有类的父类。InputSteam 是一个抽象类,它不可以实例 化。 数据的读取需要由它的子类来实现。根据节点的不同,它派生了不同的节点流子类 。 继承自 InputSteam 的流都是用于向程序中输入数据,且数据的单位为字节(8 bit)。
常用方法:
int read():读取一个字节的数据,并将字节的值作为 int 类型返回(0-255 之间的一个值)。 如果未读出字节则返回-1(返回值为-1 表示读取结束)。
void close():关闭输入流对象,释放相关系统资源。
OutputStream :
此抽象类是表示字节输出流的所有类的父类。输出流接收输出字节并将这些字节发送到 某个目的地。
常用方法:
void write(int n):向目的地中写入一个字节。
void close():关闭输出流对象,释放相关系统资源。
Reader:
用于读取的字符流抽象类,数据单位为字符。
int read(): 读取一个字符的数据,并将字符的值作为 int 类型返回(0-65535 之间的一个 值,即 Unicode 值)。如果未读出字符则返回-1(返回值为-1 表示读取结束)。
void close() : 关闭流对象,释放相关系统资源。
Writer:
用于输出的字符流抽象类,数据单位为字符。
void write(int n): 向输出流中写入一个字符。
void close() : 关闭输出流对象,释放相关系统资源。
5.Java 中流的概念细分
按流的方向分类:
输入流:数据流从数据源到程序(以 InputStream、Reader 结尾的流)。
输出流:数据流从程序到目的地(以 OutPutStream、Writer 结尾的流)。
按处理的数据单元分类:
字节流:以字节为单位获取数据,命名上以 Stream 结尾的流一般是字节流, 如 FileInputStream、FileOutputStream。
字符流:以字符为单位获取数据,命名上以 Reader/Writer 结尾的流一般是字 符流,如 FileReader、FileWriter。
按处理对象不同分类:
节点流:可以直接从数据源或目的地读写数据,如 FileInputStream、FileReader、 DataInputStream 等。
处理流:不直接连接到数据源或目的地,是”处理流的流”。通过对其他流的处 理提高程序的性能,如 BufferedInputStream、BufferedReader 等。处理流也叫 包装流。
节点流处于 IO 操作的第一线,所有操作必须通过它们进行;处理流可以对节 点流进行包装,提高性能或提高程序的灵活性。
6.Java 中 IO 流类的体系
Java 为我们提供了多种多样的 IO 流,我们可以根据不同的功能及性能要求挑选合适的 IO 流。
下图为 Java 中 IO 流类的部分体系
从上图发现,很多流都是成对出现的,比如:FileInputStream/FileOutputStream,显然 是对文件做输入和输出操作的。我们下面简单做个总结:
- InputStream/OutputStream 字节流的抽象类。
- Reader/Writer 字符流的抽象类。
- FileInputStream/FileOutputStream 节点流:以字节为单位直接操作“文件”。
- ByteArrayInputStream/ByteArrayOutputStream 节点流:以字节为单位直接操作“字节数组对象”。
- ObjectInputStream/ObjectOutputStream 处理流:以字节为单位直接操作“对象”。
- DataInputStream/DataOutputStream 处理流:以字节为单位直接操作“基本数据类型与字符串类型”。
- FileReader/FileWriter 节点流:以字符为单位直接操作“文本文件”(注意:只能读写文本文件)。
- BufferedReader/BufferedWriter 处理流:将 Reader/Writer 对象进行包装,增加缓存功能,提高读写效率。
- BufferedInputStream/BufferedOutputStream 处理流:将 InputStream/OutputStream 对象进行包装,增加缓存功能,提高 读写效率。
- InputStreamReader/OutputStreamWriter 处理流:将字节流对象转化成字符流对象。
- PrintStream 处理流:将 OutputStream 进行包装,可以方便地输出字符,更加灵活。