零基础 学Java I/O操作

1，背景

想了一下，直接整理操作相关非常的粗糙，说到I/O就应该从更细节的地方入手写，慢慢的整理体系和完善。

2，个人理解

提到I/O相关，就要去了解字节，计算机的数据是由电信号转化的二进制表示的，也就是0或1，计算机中1bit是数据的最小单位，然而1bit太小了对数据而言，仅仅能代表两种状态。我们一般接触到的是1byte（1byte=8bit），也就是1个字节。1个字节能表示2的8次方，0-255一共256种状态，Java默认是UTF-16编码的，基于Unicode字符集，默认是两个字节。

常用的字节大小

int = 4 byte

double = 8 byte

ARGB_8888 4 byte

提到字节，绕不开字符编码，计算机存放数据只能存放数字，所有的字符都会转换为不同的数字，也就是二进制数据，而数据又是如何转化字符的呢，答案是字符集。先说我想表达的结论，unicode是字符集合，对字符集数字化，UTF-8是字符集编码，为更好的存储和传输。UTF-8是unicode的一种编码实现。

常见的字符集

ISO-8859-1 ASCII 数字和西欧字母

GBK GB2312 BIG5 中文

UNICODE (统一码)

本文介绍的

• ASCII
• unicode
• UTF-16
• UTF-8

ASCII

美国制定的一套字符集，一个字节涵盖了数字化了所有常用的字符，256种状态，大小写英文加数字特殊符号。但是每个国家有自己的文字，如果没有统一的字符集，将会存在乱码的情况。特别是中国汉字数量的庞大。也需要一种统一的字符集来世界通用，也就是unicode。

unicode

unicode旨在统一字符集编码，在最初unicode是用2字节来表示，也就是能表示2的16次方65536种字符，后面为了扩容添加了4个字节的扩展字符集。这样所有涵盖在unicode中的字符都对应着2进制的一种状态。但是字符集定义好了，存储和传输又是两码事了。然后就有了unicode的实现，包括常用的UTF-16 ，GBK，UTF-8。那为什么有了字符集还要编码呢？

UTF-16

没错，既然unicode常用字符集就是2个字节的，那我就存储也用2个字节，因为unicode这个字符集也就是一种编码，再碰到扩展字符集，以特殊符号为界限。就是我们的UTF-16就是这么来编解码。但是这样还会有一个问题，我如果是英文和数字，也要硬生生被编码为两个字节。如果是按unicode方式来存储会造成一定程度上的空间浪费。如果有一种自动伸缩大小的编码不就解决了这种问题吗，在英文数字的时候存1个字节，在汉字的时候存多个字节，这就是下面说的UTF-8。

UTF-8

UTF-8编码就是英文就用ASCII,中文用3个或更多的字节来编码，在二进制的前几位来标识这个位，当前字符有没有结束，是不是还需要继续往下读下一个字节。

preview

可以看到如果一个字节是以“0”开头的，说明是一个ASCII字符，只占一个字节。如果是“11”开头的，说明这个字符占用多个字节。后续每个“10”打头的字节都是这个字符的一部分。

例如：艾

System.out.println(unicode);//十进制输出 System.out.println(Integer.toHexString(unicode));//十六进制输出 System.out.println(Integer.toBinaryString(unicode));//二进制输出 System.out.println((char)unicode);//字符输出

33406
827e
1000001001111110
艾

10000010 01111110 是艾的码元，在内存中是这样的，以utf-8从内存中写入磁盘的时候就是 11101000 10 001001 10 111110 组装了utf8的头变成3个字节，解码也就是去掉这个头按照这个规则。</pre>

总结

计算机存储由二进制组成，没有办法去存储字符，只能去统一字符集，字符集相当于一个大字典，把字节流翻译成字符，例如用utf8编码来控制存储方式。当我们从内存中写入磁盘，由unicode码元拼接utf8头，传输存储，由磁盘读到内存则反之解码，去掉utf8头，以上是我个人理解。

关于字节字符参考 https://www.zhihu.com/question/39262026

文件操作相关

关联上文

image

1，背景

Java I/O，分解成多个来总结。最常见的是基本的文件操作，没有涉及原理性的知识，后续会继续来写。

I/O操作包括对磁盘和网络的操作。

2，本文涉及的类

OutputStream

InputStream

Writer

Reader

BufferedReader

BufferedWriter

3，读写流向

在文件的读写中Java用流的形式来对磁盘进行操作，Out或者是input是相对于程序的内存而言的，一图胜千言。

image.png

流向程序的是input对应的也就是读的操作，流向外部磁盘的也就是out也就是写的操作。

4，OutputStream&InputStream 文件读写

首先写一个文本文件然后再读出来，由上面可知，写是OutputStream是流向磁盘，读是InputStream流向程序。

值得一提的是OutputStream和InputStream 仅支持单字节的读写。

代码示例：

//写入dlai_io_hello并且读取
private static void testWrite_Read() {
    try (OutputStream out = new FileOutputStream("d:/dlai_io/write.txt");
         InputStream in = new FileInputStream("d:/dlai_io/write.txt")) {
        //单字节写入
        out.write('d');
        out.write('l');
        out.write('a');
        out.write('i');
        //字节数组写入
        byte[] bytes = {'_', 'i', 'o'};
        out.write(bytes);
        //String转字节数组写入
        String str = "_hello";
        out.write(str.getBytes());
            
        for (int i = 0; i <= 12; i++)
            System.out.print((char) in.read());

    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

5，Reader&Writer 文件读写

我个人理解，Reader&和Writer是相当于是OutPutStream&InputStream的一层包装，是因为可以直接操作字符。

private static void test_Reader() {
    File file = new File("d:/dlai_io/write.txt");
    try (InputStream in = new FileInputStream(file);
         Reader reader = new InputStreamReader(in, "gbk")
    ) {
        char[] chars = new char[100];

        int len = 0;
        //如果已到达流的末尾，则返回-1
        while ((len = reader.read(chars)) != -1) {
            reader.read(chars);
        }
        System.out.print(chars);

    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

//写入hello
private static void test_Writer() {
    File file = new File("d:/dlai_io/write.txt");
    try (OutputStream out = new FileOutputStream(file);
         Writer writer = new OutputStreamWriter(out, "gbk")) {
        char[] hello = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o'};

        writer.write(hello);


    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

可以再加一层缓冲

代码示例：

private static void test_BufferWriter() {
    File file = new File("d:/dlai_io/write.txt");
    try (OutputStream out = new FileOutputStream(file);
         Writer writer = new OutputStreamWriter(out, "gbk");
         BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(writer)) {
        char[] hello = {'i', 'o'};

        bufferedWriter.write(hello);

    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

private static void test_BufferReader() {
    File file = new File("d:/dlai_io/write.txt");
    try (InputStream in = new FileInputStream(file);
         Reader reader = new InputStreamReader(in, "gbk");
         BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(reader)) {
         System.out.print(bufferedReader.readLine());//读取一行数据

    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

因为频繁的读写是消耗性能的,BufferedReader&BufferedWriter可以在操作中提供暂存，可以一次性的缓冲数据，暂存可以有效的提高效率。
以上例子执行完函数都会关闭流连接，如果在做写的操作时，并不想关闭连接而立刻体现数据变化，需要进行writer.flush();进行数据的同步。

Socket IO

在Java中TCP连接是用Socket进行封装的，双向通信读写当然也是基于I/O的，先写一个简单的socket示例。
代码示例：Server端

serverSocket = new ServerSocket(9999);

//等待客户端的连接

Socket socket = serverSocket.accept();

//获取输入流

BufferedReader bufferedReader =new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));

//读取一行数据

String str = bufferedReader.readLine();

//输出打印

System.out.println(str);

代码示例：客户端

Socket socket =new Socket("127.0.0.1",9999);

BufferedWriter bufferedWriter =new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));

String str="server hello";

bufferedWriter.write(str);

bufferedWriter.flush();

socket.shutdownOutput();

未完待续 项目中代码都是运行成功之后才写到简书上的