1、IO体系
Java IO 体系看起来类很多，感觉很复杂，但其实是 IO 涉及的因素太多了。在设计 IO 相关的类时，编写者也不是从同一个方面考虑的，所以会给人一种很乱的感觉，并且还有设计模式的使用，更加难以使用这些 IO 类，所以特地对 Java 的 IO 做一个总结。
IO 类设计出来，肯定是为了解决 IO 相关的操作的，想一想哪里会有 IO 操作？网络、磁盘。网络操作相关的类是在 java.net 包下，不在本文的总结范围内。提到磁盘，你可能会想到文件，文件操作在 IO 中是比较典型的操作。在 Java 中引入了 “流” 的概念，它表示任何有能力产生数据源或有能力接收数据源的对象。数据源可以想象成水源，海水、河水、湖水、一杯水等等。数据传输可以想象为水的运输，古代有用桶运水，用竹管运水的，现在有钢管运水，不同的运输方式对应不同的运输特性。
从数据来源或者说是操作对象角度看，IO 类可以分为：
- 1、文件（file）：FileInputStream、FileOutputStream、FileReader、FileWriter
- 2、数组（[]）：
- 2.1、字节数组（byte[]）：ByteArrayInputStream、ByteArrayOutputStream
- 2.2、字符数组（char[]）：CharArrayReader、CharArrayWriter
- 3、管道操作：PipedInputStream、PipedOutputStream、PipedReader、PipedWriter
- 4、基本数据类型：DataInputStream、DataOutputStream
- 5、缓冲操作：BufferedInputStream、BufferedOutputStream、BufferedReader、BufferedWriter
- 6、打印：PrintStream、PrintWriter
- 7、对象序列化反序列化：ObjectInputStream、ObjectOutputStream
- 8、转换：InputStreamReader、OutputStreWriter
- 9、
字符串（String）Java8中已废弃：StringBufferInputStream、StringBufferOutputStream、StringReader、StringWriter
数据源节点也可以再进行二次处理，使数据更加容易使用，所以还可以划分成节点流和处理流，这里涉及到设计模式，后面会有专门的文章说。
- 1、字节流
- 2、字符流
字节流是以一个字节单位来运输的，比如一杯一杯的取水。而字符流是以多个字节来运输的，比如一桶一桶的取水，一桶水又可以分为几杯水。
字节流和字符流的区别：
字节流读取单个字节，字符流读取单个字符（一个字符根据编码的不同，对应的字节也不同，如 UTF-8 编码是 3 个字节，中文编码是 2 个字节。）字节流用来处理二进制文件（图片、MP3、视频文件），字符流用来处理文本文件（可以看做是特殊的二进制文件，使用了某种编码，人可以阅读）。简而言之，字节是个计算机看的，字符才是给人看的。
字节流和字符流的划分可以看下面这张图。
不可否认，Java IO 相关的类确实很多，但我们并不是所有的类都会用到，我们常用的也就是文件相关的几个类，如文件最基本的读写类 File 开头的、文件读写带缓冲区的类 Buffered 开头的类，对象序列化反序列化相关的类 Object 开头的类。
2、IO类和相关方法
IO 类虽然很多，但最基本的是 4 个抽象类：InputStream、OutputStream、Reader、Writer。最基本的方法也就是一个读 read() 方法、一个写 write() 方法。方法具体的实现还是要看继承这 4 个抽象类的子类，毕竟我们平时使用的也是子类对象。这些类中的一些方法都是（Native）本地方法、所以并没有 Java 源代码，这里给出笔者觉得不错的 Java IO 源码分析 传送门，按照上面这个思路看，先看子类基本方法，然后在看看子类中还新增了那些方法，相信你也可以看懂的，我这里就只对上后面说的常用的类进行总结。
先来看 InputStream 和 OutStream 中的方法简介，因为都是抽象类、大都是抽象方法、所以就不贴源码喽！注意这里的读取和写入，其实就是获取（输入）数据和输出数据。
InputStream 类
| 方法 | 方法介绍 |
|---|---|
| public abstract int read() | 读取数据 |
| public int read(byte b[]) | 将读取到的数据放在 byte 数组中，该方法实际上是根据下面的方法实现的，off 为 0，len 为数组的长度 |
| public int read(byte b[], int off, int len) | 从第 off 位置读取 len 长度字节的数据放到 byte 数组中，流是以 -1 来判断是否读取结束的（注意这里读取的虽然是一个字节，但是返回的却是 int 类型 4 个字节，这里当然是有原因，这里就不再细说了，推荐这篇文章，链接） |
| public long skip(long n) | 跳过指定个数的字节不读取，想想看电影跳过片头片尾 |
| public int available() | 返回可读的字节数量 |
| public void close() | 读取完，关闭流，释放资源 |
| public synchronized void mark(int readlimit) | 标记读取位置，下次还可以从这里开始读取，使用前要看当前流是否支持，可以使用 markSupport() 方法判断 |
| public synchronized void reset() | 重置读取位置为上次 mark 标记的位置 |
| public boolean markSupported() | 判断当前流是否支持标记流，和上面两个方法配套使用 |
OutputStream 类
| 方法 | 方法介绍 |
|---|---|
| public abstract void write(int b) | 写入一个字节，可以看到这里的参数是一个 int 类型，对应上面的读方法，int 类型的 32 位，只有低 8 位才写入，高 24 位将舍弃。 |
| public void write(byte b[]) | 将数组中的所有字节写入，和上面对应的 read() 方法类似，实际调用的也是下面的方法。 |
| public void write(byte b[], int off, int len) | 将 byte 数组从 off 位置开始，len 长度的字节写入 |
| public void flush() | 强制刷新，将缓冲中的数据写入 |
| public void close() | 关闭输出流，流被关闭后就不能再输出数据了 |
再来看 Reader 和 Writer 类中的方法，你会发现和上面两个抽象基类中的方法很像。
Reader 类
| 方法 | 方法介绍 |
|---|---|
| public int read(java.nio.CharBuffer target) | 读取字节到字符缓存中 |
| public int read() | 读取单个字符 |
| public int read(char cbuf[]) | 读取字符到指定的 char 数组中 |
| abstract public int read(char cbuf[], int off, int len) | 从 off 位置读取 len 长度的字符到 char 数组中 |
| public long skip(long n) | 跳过指定长度的字符数量 |
| public boolean ready() | 和上面的 available() 方法类似 |
| public boolean markSupported() | 判断当前流是否支持标记流 |
| public void mark(int readAheadLimit) | 标记读取位置，下次还可以从这里开始读取，使用前要看当前流是否支持，可以使用 markSupport() 方法判断 |
| public void reset() | 重置读取位置为上次 mark 标记的位置 |
| abstract public void close() | 关闭流释放相关资源 |
Writer 类
| 方法 | 方法介绍 |
|---|---|
| public void write(int c) | 写入一个字符 |
| public void write(char cbuf[]) | 写入一个字符数组 |
| abstract public void write(char cbuf[], int off, int len) | 从字符数组的 off 位置写入 len 数量的字符 |
| public void write(String str) | 写入一个字符串 |
| public void write(String str, int off, int len) | 从字符串的 off 位置写入 len 数量的字符 |
| public Writer append(CharSequence csq) | 追加吸入一个字符序列 |
| public Writer append(CharSequence csq, int start, int end) | 追加写入一个字符序列的一部分，从 start 位置开始，end 位置结束 |
| public Writer append(char c) | 追加写入一个 16 位的字符 |
| abstract public void flush() | 强制刷新，将缓冲中的数据写入 |
| abstract public void close() | 关闭输出流，流被关闭后就不能再输出数据了 |
下面我们就直接使用他们的子类，在使用中再介绍下面没有的新方法。
1、读取控制台中的输入
import java.io.*;
public class IOTest {
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 三个测试方法
// test01();
// test02();
test03();
}
public static void test01() throws IOException {
BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
System.out.println("请输入一个字符");
char c;
c = (char) bufferedReader.read();
System.out.println("你输入的字符为"+c);
}
public static void test02() throws IOException {
BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
System.out.println("请输入一个字符，按 q 键结束");
char c;
do {
c = (char) bufferedReader.read();
System.out.println("你输入的字符为"+c);
} while (c != 'q');
}
public static void test03() throws IOException {
BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
System.out.println("请输入一行字符");
String str = bufferedReader.readLine();
System.out.println("你输入的字符为" + str);
}
}
至于控制台的输出，我们其实一直都在使用呢，System.out.println() ，out 其实是 PrintStream 类对象的引用，PrintStream 类中当然也有 write() 方法，但是我们更常用 print() 方法和 println() 方法，因为这两个方法可以输出的内容种类更多，比如一个打印一个对象，实际调用的对象的 toString() 方法。
2、二进制文件的写入和读取
注意这里文件的路径，可以根据自己情况改一下，虽然这里的文件后缀是txt，但该文件却是一个二进制文件，并不能直接查看。
@Test
public void test04() throws IOException {
byte[] bytes = {12,21,34,11,21};
FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(new File("").getAbsolutePath()+"/io/test.txt");
// 写入二进制文件，直接打开会出现乱码
fileOutputStream.write(bytes);
fileOutputStream.close();
}
@Test
public void test05() throws IOException {
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(new File("").getAbsolutePath()+"/io/test.txt");
int c;
// 读取写入的二进制文件，输出字节数组
while ((c = fileInputStream.read()) != -1) {
System.out.print(c);
}
}
3、文本文件的写入和读取
write() 方法和 append() 方法并不是像方法名那样，一个是覆盖内容，一个是追加内容，append() 内部也是 write() 方法实现的，也非说区别，也就是 append() 方法可以直接写 null，而 write() 方法需要把 null 当成一个字符串写入，所以两者并无本质的区别。需要注意的是这里并没有指定文件编码，可能会出现乱码的问题。
@Test
public void test06() throws IOException {
FileWriter fileWriter = new FileWriter(new File("").getAbsolutePath()+"/io/test.txt");
fileWriter.write("Hello，world！\n欢迎来到 java 世界\n");
fileWriter.write("不会覆盖文件原本的内容\n");
// fileWriter.write(null); 不能直接写入 null
fileWriter.append("并不是追加一行内容，不要被方法名迷惑\n");
fileWriter.append(null);
fileWriter.flush();
System.out.println("文件的默认编码为" + fileWriter.getEncoding());
fileWriter.close();
}
@Test
public void test07() throws IOException {
FileWriter fileWriter = new FileWriter(new File("").getAbsolutePath()+"/io/test.txt", false); // 关闭追加模式，变为覆盖模式
fileWriter.write("Hello，world！欢迎来到 java 世界\n");
fileWriter.write("我来覆盖文件原本的内容");
fileWriter.append("我是下一行");
fileWriter.flush();
System.out.println("文件的默认编码为" + fileWriter.getEncoding());
fileWriter.close();
}
@Test
public void test08() throws IOException {
FileReader fileReader = new FileReader(new File("").getAbsolutePath()+"/io/test.txt");
BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(fileReader);
String str;
while ((str = bufferedReader.readLine()) != null) {
System.out.println(str);
}
fileReader.close();
bufferedReader.close();
}
@Test
public void test09() throws IOException {
FileReader fileReader = new FileReader(new File("").getAbsolutePath()+"/io/test.txt");
int c;
while ((c = fileReader.read()) != -1) {
System.out.print((char) c);
}
}
使用字节流和字符流的转换类 InputStreamReader 和 OutputStreamWriter 可以指定文件的编码，使用 Buffer 相关的类来读取文件的每一行。
@Test
public void test10() throws IOException {
FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(new File("").getAbsolutePath()+"/io/test2.txt");
OutputStreamWriter outputStreamWriter = new OutputStreamWriter(fileOutputStream, "GBK"); // 使用 GBK 编码文件
outputStreamWriter.write("Hello，world！\n欢迎来到 java 世界\n");
outputStreamWriter.append("另外一行内容");
outputStreamWriter.flush();
System.out.println("文件的编码为" + outputStreamWriter.getEncoding());
outputStreamWriter.close();
fileOutputStream.close();
}
@Test
public void test11() throws IOException {
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(new File("").getAbsolutePath()+"/io/test2.txt");
InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(fileInputStream, "GBK"); // 使用 GBK 解码文件
BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(inputStreamReader);
String str;
while ((str = bufferedReader.readLine()) != null) {
System.out.println(str);
}
bufferedReader.close();
inputStreamReader.close();
}
4、复制文件
这里笔者做了一些测试，不使用缓冲对文件复制时间的影响，文件的复制实质还是文件的读写。缓冲流是处理流，是对节点流的装饰。
注：这里的时间是在我这台华硕笔记本上测试得到的，只是为了说明使用缓冲对文件的读写有好处。
@Test
public void test12() throws IOException {
// 输入和输出都使用缓冲流
FileInputStream in = new FileInputStream("E:\\视频资料\\大数据原理与应用\\1.1大数据时代.mp4");
BufferedInputStream inBuffer = new BufferedInputStream(in);
FileOutputStream out = new FileOutputStream("1.1大数据时代.mp4");
BufferedOutputStream outBuffer = new BufferedOutputStream(out);
int len = 0;
byte[] bs = new byte[1024];
long begin = System.currentTimeMillis();
while ((len = inBuffer.read(bs)) != -1) {
outBuffer.write(bs, 0, len);
}
System.out.println("复制文件所需的时间：" + (System.currentTimeMillis() - begin)); // 平均时间约 200 多毫秒
inBuffer.close();
in.close();
outBuffer.close();
out.close();
}
@Test
public void test13() throws IOException {
// 只有输入使用缓冲流
FileInputStream in = new FileInputStream("E:\\视频资料\\大数据原理与应用\\1.1大数据时代.mp4");
BufferedInputStream inBuffer = new BufferedInputStream(in);
FileOutputStream out = new FileOutputStream("1.1大数据时代.mp4");
int len = 0;
byte[] bs = new byte[1024];
long begin = System.currentTimeMillis();
while ((len = inBuffer.read(bs)) != -1) {
out.write(bs, 0, len);
}
System.out.println("复制文件所需时间：" + (System.currentTimeMillis() - begin)); // 平均时间约 500 多毫秒
inBuffer.close();
in.close();
out.close();
}
@Test
public void test14() throws IOException {
// 输入和输出都不使用缓冲流
FileInputStream in = new FileInputStream("E:\\视频资料\\大数据原理与应用\\1.1大数据时代.mp4");
FileOutputStream out = new FileOutputStream("1.1大数据时代.mp4");
int len = 0;
byte[] bs = new byte[1024];
long begin = System.currentTimeMillis();
while ((len = in.read(bs)) != -1) {
out.write(bs, 0, len);
}
System.out.println("复制文件所需时间：" + (System.currentTimeMillis() - begin)); // 平均时间 700 多毫秒
in.close();
out.close();
}
@Test
public void test15() throws IOException {
// 不使用缓冲
FileInputStream in = new FileInputStream("E:\\视频资料\\大数据原理与应用\\1.1大数据时代.mp4");
FileOutputStream out = new FileOutputStream("1.1大数据时代.mp4");
int len = 0;
long begin = System.currentTimeMillis();
while ((len = in.read()) != -1) {
out.write(len);
}
System.out.println("复制文件所需时间：" + (System.currentTimeMillis() - begin)); // 平均时间约 160000 毫秒，约 2 分多钟
in.close();
out.close();
}
关于序列化和反序列化的内容，这里给出我之前写的博客，传送门。 总结：Java IO 类很多，但是把握住整个体系，掌握关键的方法，学习起来就会轻松很多，看完这篇文章，你是否觉得 Java IO 并没有你想的那么难呢？欢迎你在下方留言，和我们讨论。
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