Java IO流詳解(二)——IO流的框架體系

本篇文章主要介紹IO流的分類、概念以及IO流中的四大基類,通過對IO流中的框架體系進行介紹,對IO流有一個整體的了解。

一、IO流的概念

Java的IO流是實現輸入/輸出的基礎,它可以方便地實現數據的輸入/輸出操作,在Java中把不同的輸入/輸出源抽象表述為"流"。流是一組有順序的,有起點和終點的字節集合,是對數據傳輸的總稱或抽象。即數據在兩設備間的傳輸稱為流,流的本質是數據傳輸,根據數據傳輸特性將流抽象為各種類,方便更直觀的進行數據操作。
流有輸入和輸出,輸入時是流從數據源流向程序。輸出時是流從程序傳向數據源,而數據源可以是內存,文件,網絡或程序等。
二、IO流的分類
1.輸入流和輸出流

根據數據流向不同分為:輸入流和輸出流。

輸入流:只能從中讀取數據,而不能向其寫入數據。
輸出流:只能向其寫入數據,而不能從中讀取數據。

如下如所示:對程序而言,向右的箭頭,表示輸入,向左的箭頭,表示輸出。

2.字節流和字符流

字節流和字符流和用法幾乎完全一樣,區別在于字節流和字符流所操作的數據單元不同。
字符流的由來: 因為數據編碼的不同,而有了對字符進行高效操作的流對象。本質其實就是基于字節流讀取時,去查了指定的碼表。字節流和字符流的區別:
(1)讀寫單位不同:字節流以字節(8bit)為單位,字符流以字符為單位,根據碼表映射字符,一次可能讀多個字節。
(2)處理對象不同:字節流能處理所有類型的數據(如圖片、avi等),而字符流只能處理字符類型的數據。

只要是處理純文本數據,就優先考慮使用字符流。 除此之外都使用字節流。
3.節點流和處理流

按照流的角色來分,可以分為節點流和處理流。
可以從/向一個特定的IO設備(如磁盤、網絡)讀/寫數據的流,稱為節點流,節點流也被成為低級流。
處理流是對一個已存在的流進行連接或封裝,通過封裝后的流來實現數據讀/寫功能,處理流也被稱為高級流。

//節點流,直接傳入的參數是IO設備
FileInputStream fis = new FileInputStream("test.txt");
//處理流,直接傳入的參數是流對象
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);

當使用處理流進行輸入/輸出時,程序并不會直接連接到實際的數據源,沒有和實際的輸入/輸出節點連接。使用處理流的一個明顯好處是,只要使用相同的處理流,程序就可以采用完全相同的輸入/輸出代碼來訪問不同的數據源,隨著處理流所包裝節點流的變化,程序實際所訪問的數據源也相應地發生變化。
實際上,Java使用處理流來包裝節點流是一種典型的裝飾器設計模式,通過使用處理流來包裝不同的節點流,既可以消除不同節點流的實現差異,也可以提供更方便的方法來完成輸入/輸出功能。
三、IO流的四大基類

根據流的流向以及操作的數據單元不同,將流分為了四種類型,每種類型對應一種抽象基類。這四種抽象基類分別為:InputStream,Reader,OutputStream以及Writer。四種基類下,對應不同的實現類,具有不同的特性。在這些實現類中,又可以分為節點流和處理流。下面就是整個由著四大基類支撐下,整個IO流的框架圖。

InputStream,Reader,OutputStream以及Writer,這四大抽象基類,本身并不能創建實例來執行輸入/輸出,但它們將成為所有輸入/輸出流的模版,所以它們的方法是所有輸入/輸出流都可以使用的方法。類似于集合中的Collection接口。
1.InputStream

InputStream 是所有的輸入字節流的父類,它是一個抽象類,主要包含三個方法:

//讀取一個字節并以整數的形式返回(0~255),如果返回-1已到輸入流的末尾。
int read() ;
//讀取一系列字節并存儲到一個數組buffer,返回實際讀取的字節數,如果讀取前已到輸入流的末尾返回-1。
int read(byte[] buffer) ;
//讀取length個字節并存儲到一個字節數組buffer,從off位置開始存,最多len, 返回實際讀取的字節數,如果讀取前以到輸入流的末尾返回-1。
int read(byte[] buffer, int off, int len) ;

2.Reader

Reader 是所有的輸入字符流的父類,它是一個抽象類,主要包含三個方法:

//讀取一個字符并以整數的形式返回(0~255),如果返回-1已到輸入流的末尾。
int read() ;
//讀取一系列字符并存儲到一個數組buffer,返回實際讀取的字符數,如果讀取前已到輸入流的末尾返回-1。
int read(char[] cbuf) ;
//讀取length個字符,并存儲到一個數組buffer,從off位置開始存,最多讀取len,返回實際讀取的字符數,如果讀取前以到輸入流的末尾返回-1。
int read(char[] cbuf, int off, int len)

對比InputStream和Reader所提供的方法,就不難發現兩個基類的功能基本一樣的,只不過讀取的數據單元不同。

在執行完流操作后,要調用close()方法來關系輸入流,因為程序里打開的IO資源不屬于內存資源,垃圾回收機制無法回收該資源,所以應該顯式關閉文件IO資源。

除此之外,InputStream和Reader還支持如下方法來移動流中的指針位置:

//在此輸入流中標記當前的位置
//readlimit - 在標記位置失效前可以讀取字節的最大限制。
void mark(int readlimit)
// 測試此輸入流是否支持 mark 方法
boolean markSupported()
// 跳過和丟棄此輸入流中數據的 n 個字節/字符
long skip(long n)
//將此流重新定位到最后一次對此輸入流調用 mark 方法時的位置
void reset()

3.OutputStream

OutputStream 是所有的輸出字節流的父類,它是一個抽象類,主要包含如下四個方法:

//向輸出流中寫入一個字節數據,該字節數據為參數b的低8位。
void write(int b) ;
//將一個字節類型的數組中的數據寫入輸出流。
void write(byte[] b);
//將一個字節類型的數組中的從指定位置(off)開始的,len個字節寫入到輸出流。
void write(byte[] b, int off, int len);
//將輸出流中緩沖的數據全部寫出到目的地。
void flush();

4.Writer

Writer 是所有的輸出字符流的父類,它是一個抽象類,主要包含如下六個方法:

//向輸出流中寫入一個字符數據,該字節數據為參數b的低16位。
void write(int c);
//將一個字符類型的數組中的數據寫入輸出流,
void write(char[] cbuf)
//將一個字符類型的數組中的從指定位置(offset)開始的,length個字符寫入到輸出流。
void write(char[] cbuf, int offset, int length);
//將一個字符串中的字符寫入到輸出流。
void write(String string);
//將一個字符串從offset開始的length個字符寫入到輸出流。
void write(String string, int offset, int length);
//將輸出流中緩沖的數據全部寫出到目的地。
void flush()

可以看出,Writer比OutputStream多出兩個方法,主要是支持寫入字符和字符串類型的數據。

使用Java的IO流執行輸出時,不要忘記關閉輸出流,關閉輸出流除了可以保證流的物理資源被回收之外,還能將輸出流緩沖區的數據flush到物理節點里(因為在執行close()方法之前,自動執行輸出流的flush()方法)

以上內容就是整個IO流的框架介紹。

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