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Java中的IO

Java中的IO

作者: Java架构学习者 | 来源:发表于2019-03-20 16:38 被阅读0次

    IO是Java及众多编程语言很重要的一块,同时很多程序的瓶颈和耗时操作也都在IO这块。所以能够很好的解决IO问题对提高程序性能有很大的帮助!本章我们将要系统的对Java IO做个分析,通过理论加实践,希望读者朋友们能真正彻底的理解并且掌握了它。本章系Java之美[从菜鸟到高手演变]系列之Java IO,通过本章的学习,读者朋友们能基本了解到关于IO的很多知识。日后加以理解、分析、在项目中实践,定能灵活运用!

    一、简介

    IO操作面临很多问题,信息量的巨大,网络的环境等等,因为IO不仅仅是对本地文件、目录的操作,有时对二进制流、还有一部分是网络方面的资源,所以多种原因直接造成IO操作无疑是耗时且复杂多变的。Java对IO的支持是个不断的演变过程,经过了很多的优化,直到JDK1.4以后,才趋于稳定,在JDK1.4中,加入了nio类,解决了很多性能问题,虽然我们有足够的理由不去了解关于Java IO以前的情况,但是为了学好现在的类,我们还是打算去研究下,通过掌握类的优化情况来彻底理解IO的机制!Java IO主要主要在java.io包下,分为四大块近80个类:

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

    2、基于字符操作的I/O接口:Writer和Reader

    3、基于磁盘操作的I/O接口:File

    4、基于网络操作的I/O接口:Socket(不在java.io包下)

    影响IO性能的无非就是两大因素:数据的格式及存储的方式,前两类主要是数据格式方面的,后两个类是存储方式方面的:本地和网络。所以策划好这两个方面的活动,有助于我们合理使用IO。

    二、基于字节的I/O操作(InputStream和OutputStream)

    我们先来看看类图:

    二者类似,我只详细讲解InputStream类,OutputStream留给大家自己去学习。InputStream类是个抽象类,里面核心的方法就是read()、read(byte b[])、read(byte b[], int off, int len),这三个方法是用于读取数据的底层的方法,他们可以用来读取一下这些类型的数据:

    A. 字节数组

    B. String对象

    C. 文件

    D. 管道,从一端进入,从另一端输出

    E. 流

    F. internet资源

    每一种数据源都有相应的InputStream子类,因为InputStream是个处于顶层的类,用来处理各种数据源的类都继承了InputStream类,我们来看看这些类:

    ByteArrayInputStream:处理字节数组的类,允许将内存的缓冲区当做InputStream使用。

    StringBufferInputStream:将String转换成InputStream,内部实现用的是StringBuffer。

    FileInputStream:从文件中读取数据。

    PipedInputStream:用于从管道中读取数据。

    SequenceInputStream:将多个流对象转化成一个InputStream。

    FilterInputStream:装饰器类,为其它InputStream类提供功能。

    做过关于IO操作的读者知道,我们很少单独使用哪个类来实现IO操作,平时都是几个类合起来使用,这其实体现了一种装饰器模式(详见:http://blog.csdn.net/zhangerqing)的思想,在后面的分析中我们会详细的分析。从上面的图1中我们可以看出,FilterInputStream虽说是Inputstream的子类,但它依然是BufferedInputStream、DataInputStream、LineNumberInputStream、PushbackInputStream类的父类,这四个类分别提供了最贴近我们程序员使用的方法,如:readInt() 、readInt()、readInt()等等。对于IO操作,不管是磁盘还是网络,最终都是对字节的操作,而我们平时写的程序都是字符形式的,所以在传输的过程中需要进行转换。在字符到字节的转换过程中,我们需要用到一个类:InputStreamReader。

    三、基于字符的I/O操作(Writer和Reader)

    Writer和Reader操作的目的就是操作字符和不是字节,和InputStream和OutputStream配合增加IO效果。通过InputStreamReader和OutputStreamReader可以进行字节和字符的转换,设计Writer和Reader的目的是国际化,使IO操作支持16位的Unicode。我把它们单独的画出来,因为要是全画的话,太大了放不下,有兴趣的TX可以在rational rose中导入其带的JDK类图看看,很过瘾的!

    四、基于磁盘的I/O操作(File)

    五、基于网络的I/O操作(Socket)

    六、NIO

    四-六部分由于时间关系,还没有整理完,后续会补出来!

    七、经典IO操作

    1、缓冲输入文件。

    import java.io.BufferedReader;

    import java.io.FileReader;

    public class InputStreamTest {

    public static String read(String filename) throws Exception {

    BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(filename));

    String s;

    StringBuffer sb = new StringBuffer();

    while ((s = br.readLine()) != null) {

    sb.append(s + "\n");

    }

    br.close();

    return sb.toString();

    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {

    System.out.println(read("src/InputStreamTest.java"));

    }

    }

    这段代码是从磁盘读入InputStreamTest.java文件,然后转换成字符串。输出就是将源文件原样输出。

    2、从内存中读取。

    import java.io.StringReader;

    public class MemoryInput {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

    StringReader in = new StringReader(

    InputStreamTest.read("src/MemoryInput.java"));

    int c;

    while ((c = in.read()) != -1)

    System.out.println((char) c);

    }

    }

    read返回的是int类型的数据,所以在输出语句中用char做了强类型转换。该程序将一个一个的输出字符。

    3、基本的文件输出。

    import java.io.BufferedReader;

    import java.io.BufferedWriter;

    import java.io.FileWriter;

    import java.io.PrintWriter;

    import java.io.StringReader;

    public class BasicFileOutput {

    static String file = "basie.out";

    public static void main(String[] args) throws Exception {

    BufferedReader in = new BufferedReader(new StringReader(

    InputStreamTest.read("src/BasicFileOutput.java")));

    PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new FileWriter(

    file)));

    int lineCount = 1;

    String s;

    while ((s = in.readLine()) != null) {

    out.println(lineCount++ + ": " + s);

    }

    out.close();

    System.out.println(InputStreamTest.read(file));

    }

    }

    输出:

    1: import java.io.BufferedReader;

    2: import java.io.BufferedWriter;

    3: import java.io.FileWriter;

    4、RandomAccessFile

    RandomAccessFile被我们称为”自我独立的类”,因为它独立于我们前面说的IO类,与InputStream和OutputStream没什么关系,除了实现了DataOutput, DataInput两个接口外。所有方法都是重新编写,而且很多都是native方法,我们来看个例子,了解下这个类:

    5、管道流

    八、标准I/O

    就是我们最原始的使用的从控制台输入或者输出的那些类和方法,如System.in、System.out等。

    public class StandardIO {

    public static void main(String[] args) throws IOException {

    BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

    String s;

    while ((s = in.readLine()) != null && s.length() != 0)

    System.out.println(s);

    }

    }

    System.in返回的是未经包装的InputStream对象,所以需要进行装饰,经InputStreamReader转换为Reader对象,放入BufferedReader的构造方法中。除此之外,System.out和System.err都是直接的PriintStream对象,可直接使用。我们也可以使用java.util包下的Scanner类来代替上述程序:

    public class StandardIO {

    public static void main(String[] args) throws IOException {

    Scanner in = new Scanner(System.in);

    String s;

    while((s = in.next()) != null && s.length() != 0){

    System.out.println(s);

    }

    }

    }

    九、性能分析及总结

    1、一个文件读写工具类。

    import java.io.BufferedReader;

    import java.io.File;

    import java.io.FileReader;

    import java.io.IOException;

    import java.io.PrintWriter;

    import java.util.ArrayList;

    import java.util.Arrays;

    /**

    * 一个非常实用的文件操作类 . 2012-12-19

    *

    * @author Bruce Eckel , edited by erqing

    *

    */

    public class TextFile extends ArrayList<String> {

    private static final long serialVersionUID = -1942855619975438512L;

    // Read a file as a String

    public static String read(String filename) {

    StringBuilder sb = new StringBuilder();

    try {

    BufferedReader in = new BufferedReader(new FileReader(new File(

    filename).getAbsoluteFile()));

    String s;

    try {

    while ((s = in.readLine()) != null) {

    sb.append(s);

    sb.append("\n");

    }

    } finally {

    in.close();

    }

    } catch (IOException e) {

    throw new RuntimeException(e);

    }

    return sb.toString();

    }

    // Write a single file in one method call

    public static void write(String fileName, String text) {

    try {

    PrintWriter out = new PrintWriter(

    new File(fileName).getAbsoluteFile());

    try {

    out.print(text);

    } finally {

    out.close();

    }

    } catch (IOException e) {

    throw new RuntimeException(e);

    }

    }

    // Read a file,spilt by any regular expression

    public TextFile(String fileName, String splitter) {

    super(Arrays.asList(read(fileName).split(splitter)));

    if (get(0).equals(""))

    remove(0);

    }

    // Normally read by lines

    public TextFile(String fileName) {

    this(fileName, "\n");

    }

    public void write(String fileName) {

    try {

    PrintWriter out = new PrintWriter(

    new File(fileName).getAbsoluteFile());

    try {

    for (String item : this)

    out.println(item);

    } finally {

    out.close();

    }

    } catch (IOException e) {

    throw new RuntimeException(e);

    }

    }

    // test,I have generated a file named data.d at the root

    public static void main(String[] args) {

    /* read() test */

    System.out.println(read("data.d")); // testing is OK!

    /* write() test */

    write("out.d", "helloworld\negg"); // testing is OK!

    /* constractor test */

    TextFile tf = new TextFile("data.d"); // testing is OK!

    }

    }

    2、读取二进制文件。

    import java.io.BufferedInputStream;

    import java.io.File;

    import java.io.FileInputStream;

    import java.io.IOException;

    /**

    * to read the binary file

    *

    * @author erqing

    *

    */

    public class BinaryFile {

    /* the parametre is a file */

    public static byte[] read(File file) throws IOException {

    BufferedInputStream bf = new BufferedInputStream(new FileInputStream(

    file));

    try {

    byte[] data = new byte[bf.available()];

    bf.read(data);

    return data;

    } finally {

    bf.close();

    }

    }

    /* the param is the path of a file */

    public static byte[] read(String file) throws IOException {

    return read(new File(file).getAbsoluteFile());

    }

    }

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