Java IO体系
个人觉得可以用“字节流操作类和字符流操作类组成了Java IO体系”来高度概括Java IO体系。
借用几张网络图片来说明
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- 基于字符的IO操作
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从上图可以看到，整个Java IO体系都是基于字符流(InputStream/OutputStream) 和 字节流(Reader/Writer)作为基类，根据不同的数据载体或功能派生出来的。
IO常用类
- 文件流：FileInputStream/FileOutputStream， FileReader/FileWriter
这四个类是专门操作文件流的，用法高度相似，区别在于前面两个是操作字节流，后面两个是操作字符流。它们都会直接操作文件流，直接与OS底层交互。因此他们也被称为节点流。
注意使用这几个流的对象之后，需要关闭流对象，因为java垃圾回收器不会主动回收。不过在Java7之后，可以在 try() 括号中打开流，最后程序会自动关闭流对象，不再需要显示地close。
下面演示这四个流对象的基本用法，
1 package io;
2
3 import java.io.FileInputStream;
4 import java.io.FileNotFoundException;
5 import java.io.FileOutputStream;
6 import java.io.FileReader;
7 import java.io.FileWriter;
8 import java.io.IOException;
9
10 public class TestIO {
11 public static void FileInputStreamTest() throws IOException {
12 FileInputStream fis = new FileInputStream("tmp2.txt");
13 byte[] buf = new byte[1024];
14 int hasRead = 0;
15
16 //read()返回的是单个字节数据（字节数据可以直接专程int类型)，但是read(buf)返回的是读取到的字节数，真正的数据保存在buf中
17 while ((hasRead = fis.read(buf)) > 0) {
18 //每次最多将1024个字节转换成字符串，这里tmp2.txt中的字符小于1024，所以一次就读完了
19 //循环次数 = 文件字符数 除以 buf长度
20 System.out.println(new String(buf, 0 ,hasRead));
21 /*
22 * 将字节强制转换成字符后逐个输出，能实现和上面一样的效果。但是如果源文件是中文的话可能会乱码
23
24 for (byte b : buf) {
25 char ch = (char)b;
26 if (ch != '\r')
27 System.out.print(ch);
28 }
29 */
30 }
31 //在finally块里close更安全
32 fis.close();
33 }
34
35 public static void FileReaderTest() throws IOException {
36
37 try (
38 // 在try() 中打开的文件， JVM会自动关闭
39 FileReader fr = new FileReader("tmp2.txt")) {
40 char[] buf = new char[32];
41 int hasRead = 0;
42 // 每个char都占两个字节，每个字符或者汉字都是占2个字节，因此无论buf长度为多少，总是能读取中文字符长度的整数倍,不会乱码
43 while ((hasRead = fr.read(buf)) > 0) {
44 // 如果buf的长度大于文件每行的长度，就可以完整输出每行，否则会断行。
45 // 循环次数 = 文件字符数 除以 buf长度
46 System.out.println(new String(buf, 0, hasRead));
47 // 跟上面效果一样
48 // System.out.println(buf);
49 }
50 } catch (IOException ex) {
51 ex.printStackTrace();
52 }
53 }
54
55 public static void FileOutputStreamTest() throws FileNotFoundException, IOException {
56 try (
57 //在try()中打开文件会在结尾自动关闭
58 FileInputStream fis = new FileInputStream("tmp2.txt");
59 FileOutputStream fos = new FileOutputStream("tmp3.txt");
60 ) {
61 byte[] buf = new byte[4];
62 int hasRead = 0;
63 while ((hasRead = fis.read(buf)) > 0) {
64 //每读取一次就写一次，读多少就写多少
65 fos.write(buf, 0, hasRead);
66 }
67 System.out.println("write success");
68 } catch (IOException e) {
69 e.printStackTrace();
70 }
71 }
72
73 public static void FileWriterTest() throws IOException {
74 try (FileWriter fw = new FileWriter("tmp4.txt")) {
75 fw.write("天王盖地虎\r\n");
76 fw.write("宝塔镇河妖\r\n");
77 } catch (IOException e) {
78 e.printStackTrace();
79 }
80 }
81 public static void main(String[] args) throws IOException {
82 //FileInputStreamTest();
83 //FileReaderTest();
84 //FileOutputStreamTest();
85 FileWriterTest();
86 }
87 }
- 包装流：PrintStream/PrintWriter/Scanner
PrintStream可以封装（包装）直接与文件交互的节点流对象OutputStream, 使得编程人员可以忽略设备底层的差异，进行一致的IO操作。因此这种流也称为处理流或者包装流。
PrintWriter除了可以包装字节流OutputStream之外，还能包装字符流Writer
Scanner可以包装键盘输入，方便地将键盘输入的内容转换成我们想要的数据类型。
- 字符串流：StringReader/StringWriter
这两个操作的是专门操作String字符串的流，其中StringReader能从String中方便地读取数据并保存到char数组，而StringWriter则将字符串类型的数据写入到StringBuffer中（因为String不可写）。
- 转换流：InputStreamReader/OutputStreamReader
这两个类可以将字节流转换成字符流，被称为字节流与字符流之间的桥梁。我们经常在读取键盘输入(System.in)或网络通信的时候，需要使用这两个类
- 缓冲流：BufferedReader/BufferedWriter ， BufferedInputStream/BufferedOutputStream
Oracle官方的描述：
Most of the examples we've seen so far use unbuffered I/O. This means each read or write request is handled directly by the underlying OS. This can make a program much less efficient.
Buffered input streams read data from a memory area known as a buffer; the native input API is called only when the buffer is empty. Similarly, buffered output streams write data to a buffer, and the native output API is called only when the buffer is full.
即，
没有经过Buffered处理的IO， 意味着每一次读和写的请求都会由OS底层直接处理，这会导致非常低效的问题。
经过Buffered处理过的输入流将会从一个buffer内存区域读取数据，本地API只会在buffer空了之后才会被调用（可能一次调用会填充很多数据进buffer）。
经过Buffered处理过的输出流将会把数据写入到buffer中，本地API只会在buffer满了之后才会被调用。
BufferedReader/BufferedWriter可以将字符流(Reader)包装成缓冲流，这是最常见用的做法。
另外，BufferedReader提供一个readLine()可以方便地读取一行，而FileInputStream和FileReader只能读取一个字节或者一个字符，
因此BufferedReader也被称为行读取器
下面演示上面提到的常见类，
1 package io;
2
3 import java.io.BufferedReader;
4 import java.io.FileInputStream;
5 import java.io.FileNotFoundException;
6 import java.io.FileOutputStream;
7 import java.io.FileReader;
8 import java.io.IOException;
9 import java.io.InputStreamReader;
10 import java.io.PrintStream;
11 import java.io.PushbackReader;
12 import java.io.StringReader;
13 import java.io.StringWriter;
14
15 public class TestIO {
16 public static void printStream() throws FileNotFoundException, IOException {
17 try (
18 FileOutputStream fos = new FileOutputStream("tmp.txt");
19 PrintStream ps = new PrintStream(fos)) {
20 ps.println("普通字符串\n");
21 //输出对象
22 ps.println(new TestIO());
23 } catch (IOException e) {
24 e.printStackTrace();
25 }
26 System.out.println("输出完成");
27
28 }
29 public static void stringNode() throws IOException {
30 String str = "天王盖地虎\n"
31 + "宝塔镇河妖\n";
32 char[] buf = new char[32];
33 int hasRead = 0;
34 //StringReader将以String字符串为节点读取数据
35 try (StringReader sr = new StringReader(str)) {
36 while ((hasRead = sr.read(buf)) > 0) {
37 System.out.print(new String(buf, 0, hasRead));
38 }
39 } catch (IOException e) {
40 e.printStackTrace();
41 }
42
43 //由于String是一个不可变类，因此创建StringWriter时，实际上是以一个StringBuffer作为输出节点
44 try (StringWriter sw = new StringWriter()) {
45 sw.write("黑夜给了我黑色的眼睛\n");
46 sw.write("我却用它寻找光明\n");
47 //toString()返回sw节点内的数据
48 System.out.println(sw.toString());
49 } catch (IOException e) {
50 e.printStackTrace();
51 }
52 }
53
54 public static void keyIn() throws IOException {
55 try (
56 //InputStreamReader是从byte转成char的桥梁
57 InputStreamReader reader = new InputStreamReader(System.in);
58 //BufferedReader(Reader in)是char类型输入的包装类
59 BufferedReader br = new BufferedReader(reader);
60 ) {
61 String line = null;
62 while ((line = br.readLine()) != null) {
63 if (line.equals("exit")) {
64 //System.exit(1);
65 break;
66 }
67 System.out.println(line);
68 }
69 } catch (IOException e) {
70 e.printStackTrace();
71 }
72 }
73
74 public static void pushback() throws FileNotFoundException, IOException {
75 try (PushbackReader pr = new PushbackReader(new FileReader("C:/PROJECT/JavaBasic/PROJECT_JavaBasic/src/io/TestIO.java"),64)) {
76 char[] buf = new char[32];
77 String lastContent = "";
78 int hasRead = 0;
79 while ((hasRead = pr.read(buf)) > 0) {
80 String content = new String(buf, 0, hasRead);
81 int targetIndex = 0;
82 if ((targetIndex = (lastContent + content).indexOf("targetIndex = (lastContent + content)")) > 0) {
83 pr.unread((lastContent + content).toCharArray());
84 if (targetIndex > 32) {
85 buf = new char[targetIndex];
86 }
87 pr.read(buf , 0 , targetIndex);
88 System.out.println(new String(buf, 0 , targetIndex));
89 System.exit(0);
90 } else {
91 System.out.println(lastContent);
92 lastContent = content;
93 }
94 }
95 } catch (IOException e) {
96 e.printStackTrace();
97 }
98 }
99
100 public static void main(String[] args) throws IOException {
101 printStream();
102 //stringNode();
103 //keyIn();
104 //pushback();
105 }
106 }
总结上面几种流的应用场景：
- FileInputStream/FileOutputStream 需要逐个字节处理原始二进制流的时候使用，效率低下
- FileReader/FileWriter 需要组个字符处理的时候使用
- StringReader/StringWriter 需要处理字符串的时候，可以将字符串保存为字符数组
- PrintStream/PrintWriter 用来包装FileOutputStream 对象，方便直接将String字符串写入文件
- Scanner 用来包装System.in流，很方便地将输入的String字符串转换成需要的数据类型
- InputStreamReader/OutputStreamReader , 字节和字符的转换桥梁，在网络通信或者处理键盘输入的时候用
- BufferedReader/BufferedWriter ， BufferedInputStream/BufferedOutputStream ， 缓冲流用来包装字节流后者字符流，提升IO性能，BufferedReader还可以方便地读取一行，简化编程。
