java的IO

java所有的IO机制都是基于数据流进行输入输出，这些数据流表示了字符或者字节数据的流动序列。那么，什么是数据流呢？数据流是一串连续不断的数据的集合，就象水管里的水流，在水管的一端一点一点地供水，而在水管的另一端看到的是一股连续不断的水流。数据写入程序可以是一段、一段地向数据流管道中写入数据，这些数据段会按先后顺序形成一个长的数据流。对数据读取程序来说，看不到数据流在写入时的分段情况，每次可以读取其中的任意长度的数据，但只能先读取前面的数据后，再读取后面的数据。不管写入时是将数据分多次写入，还是作为一个整体一次写入，读取时的效果都是完全一样的。 

 “流是磁盘或其它外围设备中存储的数据的源点或终点。”

电脑上的数据有三种存储方式：外存，内存，缓存。缓存是在CPU里面的。这里总结从外存读取数据到内存以及将数据从内存写到外存。

流是一个很形象的概念，当程序需要读取数据的时候，就会开启一个通向数据源的流，可以是文件，内存，网络连接。当程序需要写入数据的时候，就会开启一个通向目的地的流。

java的IO模型设计非常优秀，它使用 Decorator模式，按功能划分Stream，可以动态装配这些Stream，以便获得需要的功能。例如，需要一个具有缓冲的文件输入流，则应当组合使用FileInputStream和BufferedInputStream。

数据流：一组有序，有起点和终点的字节的数据序列。包括输入流和输出流。

数据流的分类：

流序列中的数据既可以是未经加工的原始二进制数据，也可以是经一定编码处理后符合某种格式规定的特定数据。因此Java中的流分为两种：
 1)  字节流：数据流中最小的数据单元是字节
 2)  字符流：数据流中最小的数据单元是字符， Java中的字符是Unicode编码，一个字符占用两个字节。

标准输入，输出数据流：

1，标准输出流：System.out 向标准输出设备输出数据，其数据类型是PrintStream。方法：void print(); void println()

2,标准输入流：System.in读取标准输入设备数据，其数据类型是InputStream。方法： int read() 返回 ASCII码，若返回-1，说明没有读取到任何字节读取工作结束。

   int read(byte[] b) 读入多个字节到缓冲区b中 返回值是读入的字节数。

3,标准错误流：System.err 输出标准错误。其数据类型为PrintStream

println或print方法都通过重载实现了输出基本数据类型的多个方法，包括输出参数类型为boolean、char、int、long、float和double。同时，也重载实现 了输出参数类型为char[]、String和Object的方法。其中，print（Object）和println（Object）方法在运行时将调用参数Object的toString方法。

“InputStreamReader 是字节流通向字符流的桥梁：它使用指定的 charset 读取字节并将其解码为字符。”
InputStreamReader的构造方法 InputStreamReader(InputStream in) 。
in 输入流(InputStream)已打开并准备提供输入数据。通常，此流对应于键盘输入或者由主机环境或用户指定的另一个输入源。
System.in是接受从控制台输入的字节
其实可以视为
InputStream in  = System.in ;
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(in);

java.IO的层次体系结构：

在java.io包中最重要的就是5个类和一个接口。5个类是指 File OutputStream InputStream Writer Reader 一个接口是 Serializable 

java.io主要包括以下三个层次：

1，流式部分---IO的主体部分

2，非流式部分---主要包含一些包含一些辅助流式部分的类  如：File  RandomAccessFile  FileDescriptor

3，其他类---文件读取部分的与安全相关的类，如：SerializablePermission类，以及与本地操作系统相关的文件系统的类，如：FileSystem类和Win32FileSystem类和           　　WinNTFileSystem类。

主要的类如下：

1，File（文件特征与管理）：用于文件或者目录的描述信息，例如生成新目录，修改文件名，删除文件，判断文件所在路径。

2，InputStream（二进制格式操作）：抽象类，基于字节的输入操作，是所有输入流的父类。定义了所有输入流都具有的共同特征。不能被实例化

3，OuputStream（二进制格式操作）：抽象类，基于字节的输出操作，是所有输出流的父类。定义了所有输出流都具有的共同特征。不能被实例化

 Java中字符是采用Unicode标准，一个字符是16位，即一个字符使用两个字节来表示。为此，JAVA中引入了处理字符的流。

  4. Reader（文件格式操作）：抽象类，基于字符的输入操作。

  5. Writer（文件格式操作）：抽象类，基于字符的输出操作。

  6. RandomAccessFile（随机文件操作）：它的功能丰富，可以从文件的任意位置进行存取（输入输出）操作。

体系结构图：

File类：

java.io包中， 由 File 类提供了描述文件和目录的操作与管理方法。

作用：File类主要用于命名文件、查询文件属性和处理文件目录。

public    class   File   extends Object   implements Serializable,Comparable  {}  

File类提供了三个不同的构造函数，以不同的参数形式灵活地接收文件和目录名信息。

1，File(String pathname)

    例:File  f1=new File("FileTest1.txt"); //创建文件对象f1，f1所指的文件是在当前目录下创建的FileTest1.txt

2,File(String parent,String child); 

   例:File f2=new  File(“D:\\dir1","FileTest2.txt") ;//  注意：D:\\dir1目录事先必须存在，否则异常

3,File(File parent,String child)

   

例:File  f4=new File("\\dir3");
          File  f5=new File(f4,"FileTest5.txt");  //在如果 \\dir3目录不存在使用f4.mkdir()先创建

        一个对应于某磁盘文件或目录的File对象一经创建， 就可以通过调用它的方法来获得文件或目录的属性。    

       1）public boolean exists( ) 判断文件或目录是否存在
       2）public boolean isFile( ) 判断是文件还是目录 
       3）public boolean isDirectory( ) 判断是文件还是目录
       4）public String getName( ) 返回文件名或目录名
       5）public String getPath( ) 返回文件或目录的路径。
       6）public long length( ) 获取文件的长度 
       7）public String[ ] list ( ) 将目录中所有文件名保存在字符串数组中返回。 

       File类中还定义了一些对文件或目录进行管理、操作的方法，常用的方法有：
       1） public boolean renameTo( File newFile );    重命名文件
       2） public void delete( );   删除文件
       3）  public boolean mkdir( ); 创建目录

java.IO流类库

四个基本类：InputStream、OutputStream及Reader、Writer类，它们分别处理字节流和字符流：

        1） FileInputStream把一个文件作为InputStream，实现对文件的读取操作     
　　  2） ByteArrayInputStream：把内存中的一个缓冲区作为InputStream使用 
　　  3） StringBufferInputStream：把一个String对象作为InputStream 
　　  4） PipedInputStream：实现了pipe的概念，主要在线程中使用 
　　  5） SequenceInputStream：把多个InputStream合并为一个InputStream

      1) ByteArrayOutputStream：把信息存入内存中的一个缓冲区中 
      2) FileOutputStream：把信息存入文件中 
      3) PipedOutputStream：实现了pipe的概念，主要在线程中使用 
      4) SequenceOutputStream：把多个OutStream合并为一个OutStream 

java.nio包 新I/O类库利用通道和缓冲区等来提高I/O操作的效率。

1. io流的具体分类

一、按I/O类型来总体分类：

     1. Memory 1）从/向内存数组读写数据: CharArrayReader、 CharArrayWriter、ByteArrayInputStream、ByteArrayOutputStream
                   2）从/向内存字符串读写数据 StringReader、StringWriter、StringBufferInputStream
     2.Pipe管道  实现管道的输入和输出（进程间通信）: PipedReader、PipedWriter、PipedInputStream、PipedOutputStream
     3.File 文件流。对文件进行读、写操作 ：FileReader、FileWriter、FileInputStream、FileOutputStream
     4. ObjectSerialization 对象输入、输出 ：ObjectInputStream、ObjectOutputStream
     5.DataConversion数据流 按基本数据类型读、写（处理的数据是Java的基本类型（如布尔型，字节，整数和浮点数））：DataInputStream、DataOutputStream
     6.Printing 包含方便的打印方法 ：PrintWriter、PrintStream
     7.Buffering缓冲  在读入或写出时，对数据进行缓存，以减少I/O的次数：BufferedReader、BufferedWriter、BufferedInputStream、BufferedOutputStream
     8.Filtering 滤流，在数据进行读或写时进行过滤：FilterReader、FilterWriter、FilterInputStream、FilterOutputStream过
     9.Concatenation合并输入 把多个输入流连接成一个输入流 ：SequenceInputStream 
    10.Counting计数  在读入数据时对行记数 ：LineNumberReader、LineNumberInputStream
    11.Peeking Ahead 通过缓存机制，进行预读 ：PushbackReader、PushbackInputStream
    12.Converting between Bytes and Characters 按照一定的编码/解码标准将字节流转换为字符流，或进行反向转换（Stream到Reader,Writer的转换类）：InputStreamReader、OutputStreamWriter

二、按数据来源（去向）分类： 
1、File（文件）： FileInputStream, FileOutputStream, FileReader, FileWriter 
2、byte[]：ByteArrayInputStream, ByteArrayOutputStream 
3、Char[]: CharArrayReader, CharArrayWriter 
4、String: StringBufferInputStream, StringReader, StringWriter 
5、网络数据流：InputStream, OutputStream, Reader, Writer 

字节流InputStream/OutputStream

流文件的单元是字节，所以它不但可以读写文本文件，也可以读写图片、声音、影像文件，这种特点非常有用，因为我们可以把这种文件变成流，然后在网络上传输。

有了通用的流文件以后，为什么还要专门的字符流呢？这是因为文本可以用不同的方式存储，可以是普通的文本（UTF-8编码方式），ASCII文本和Unicode文本，字符流对象可以进行必要的转换，从而读出正确的文本。所以在文本文件处理时，使用字符流是个最常用的方法。

1,InputStream抽象类

 继承自InputStream  的流都是向程序中输入数据的，且数据单位为字节（8bit）；

（1） public abstract int read( )：读取一个byte的数据，返回值是高位补0的int类型值。若返回值=-1说明没有读取到任何字节读取工作结束。
（2） public int read(byte b[ ])：读取b.length个字节的数据放到b数组中。返回值是读取的字节数。该方法实际上是调用下一个方法实现的 
（3） public int read(byte b[ ], int off, int len)：从输入流中最多读取len个字节的数据，存放到偏移量为off的b数组中。 
（4） public int available( )：返回输入流中可以读取的字节数。注意：若输入阻塞，当前线程将被挂起，如果InputStream对象调用这个方法的话，它只会返回0，这个              方法必须由继承InputStream类的子类对象调用才有用， 
（5） public long skip(long n)：忽略输入流中的n个字节，返回值是实际忽略的字节数, 跳过一些字节来读取 
（6） public int close( ) ：我们在使用完后，必须对我们打开的流进行关闭. 

2.OutputStream抽象类

  1. public void write(byte b[ ])：将参数b中的字节写到输出流。 
  2. public void write(byte b[ ], int off, int len) ：将参数b的从偏移量off开始的len个字节写到输出流。 
  3. public abstract void write(int b) ：先将int转换为byte类型，把低字节写入到输出流中。 
  4. public void flush( ) : 将数据缓冲区中数据全部输出，并清空缓冲区。 
  5. public void close( ) : 关闭输出流并释放与流相关的系统资源。 

流结束的判断：方法read()的返回值为-1时；readLine()的返回值为null时。

文件输入流：FileInputStream类

FileInputStream可以使用read()方法一次读入一个字节，并以int类型返回，或者是使用read()方法时读入至一个byte数组，byte数组的元素有多少个，就读入多少个字节。在将整个文件读取完成或写入完毕的过程中，这么一个byte数组通常被当作缓冲区，因为这么一个byte数组通常扮演承接数据的中间角色。

使用方法(1)    
   File  fin=new File("d:/abc.txt"); 
  FileInputStream in=new FileInputStream( fin);

 

使用方法(2)
   FileInputStream  in=new  FileInputStream(“d: /abc.txt”);

程序举例：
将InputFromFile.java的程序的内容显示在显示器上

FileInputStream inStream = new FileInputStream(inFile);

byte[] inOutb = new byte[inStream.available()];

文件输出流：FileOutputStream类

方式1： 
　　 File   f=new  File (“d:/myjava/write.txt ");
        FileOutputStream  out= new FileOutputStream (f);
　　方式2： 
　　FileOutputStream out=new FileOutputStream(“d:/myjava/write.txt "); 
　　方式3：构造函数将 FileDescriptor()对象作为其参数。 
　　FileDescriptor() fd=new FileDescriptor(); 
　　FileOutputStream f2=new FileOutputStream(fd); 
　　方式4：构造函数将文件名作为其第一参数，将布尔值作为第二参数。 
　　FileOutputStream f=new FileOutputStream("d:/abc.txt",true); 
　　注意： （1）文件中写数据时，若文件已经存在，则覆盖存在的文件；（2）的读/写操作结束时，应调用close方法关闭流。 

实例：读写任意大文件应用

因为byte数组最大存储值不超过64M，所以当一个文件大于60M 的时候，需要分开几个流操作。

样例：

import java.io.*;

public class FileStreamDemo2 {

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

//创建两个文件

File inFile = new File("tcty36.rm");

File outFile = new File("newtcty36.rm");

//最大的流为60Mb,当文件的容量大于60Mb的时候便分开流

final int MAX_BYTE = 60000000;

long streamTotal = 0;  //接受流的容量

int streamNum = 0;  //流需要分开的数量

int leave = 0;  //文件剩下的字符数

byte[] inOutb;  //byte数组接受文件的数据

//创建流文件读入与写出类

FileInputStream inStream = new FileInputStream(inFile);

FileOutputStream outStream = new FileOutputStream(outFile);

//通过available方法取得流的最大字符数

streamTotal = inStream.available();

//取得流文件需要分开的数量

streamNum = (int)Math.floor(streamTotal/MAX_BYTE);

//分开文件之后,剩余的数量

leave = (int)streamTotal % MAX_BYTE;

//文件的容量大于60Mb时进入循环

if (streamNum > 0) {

for(int i = 0; i < streamNum; ++i){

inOutb = new byte[MAX_BYTE];

//读入流,保存在byte数组

inStream.read(inOutb, 0, MAX_BYTE);

outStream.write(inOutb);  //写出流

outStream.flush();  //更新写出的结果

}

}

//写出剩下的流数据

inOutb = new byte[leave];

inStream.read(inOutb, 0, leave);

outStream.write(inOutb);

outStream.flush();

inStream.close();

outStream.close();

}

}

 

缓冲输入输出流BufferedInputStream/ BufferedOutputStream

 

缓冲流就是每一个数据流分配一个缓冲区，一个缓冲区就是一个临时存储数据的内存。

BufferedInputStream:当向缓冲流写入数据时候，数据先写到缓冲区，待缓冲区写满后，系统一次性将数据发送给输出设备。

BufferedOutputStream :当从向缓冲流读取数据时候，系统先从缓冲区读出数据，待缓冲区为空时，系统再从输入设备读取数据到缓冲区。

1）将文件读入内存：

将BufferedInputStream与FileInputStream相接

  FileInputStream in=new  FileInputStream( “file1.txt ” );

  BufferedInputStream bin=new  BufferedInputStream( in); 

2）将内存写入文件：

将BufferedOutputStream与 FileOutputStream相接

FileOutputStreamout=new FileOutputStream(“file1.txt”);

BufferedOutputStream  bin=new BufferedInputStream(out);

3）键盘输入流读到内存

将BufferedReader与标准的数据流相接 

 InputStreamReader sin=new InputStreamReader (System.in) ；

 BufferedReader bin=new   BufferedReader(sin);

程序说明：
从键盘读入字符，并写入到文件中BufferedReader类的方法：String readLine()
作用：读一行字符串，以回车符为结束。
BufferedWriter类的方法：bout.write(String s,offset,len)
作用：从缓冲区将字符串s从offset开始，len长度的字符串写到某处。

字符流：Writer/Reader

 Java中字符是采用Unicode标准，一个字符是16位，即一个字符使用两个字节来表示。为此，JAVA中引入了处理字符的流。

1. Reader抽象类

1) FileReader :与FileInputStream对应  
     主要用来读取字符文件，使用缺省的字符编码，有三种构造函数： 
　　(1）将文件名作为字符串 ：FileReader f=new FileReader(“c:/temp.txt”); 
　　(2）构造函数将File对象作为其参数。 
　　         File f=new file(“c:/temp.txt”); 
　　         FileReader f1=new FileReader(f); 
　　(3)  构造函数将FileDescriptor对象作为参数 
　　          FileDescriptor() fd=new FileDescriptor() 
　　          FileReader f2=new FileReader(fd); 
               (1) 用指定字符数组作为参数：CharArrayReader(char[]) 
               (2) 将字符数组作为输入流:CharArrayReader(char[], int, int) 
　            读取字符串，构造函数如下： public StringReader(String s); 
2) CharArrayReader：与ByteArrayInputStream对应  
3) StringReader : 与StringBufferInputStream对应 
4) InputStreamReader 
　　从输入流读取字节，在将它们转换成字符:Public inputstreamReader(inputstream is); 
5) FilterReader: 允许过滤字符流 
　　protected filterReader(Reader r); 
6) BufferReader :接受Reader对象作为参数，并对其添加字符缓冲器，使用readline()方法可以读取一行。 
　　Public BufferReader(Reader r); 

主要方法：

    (1)  public int read() throws IOException; //读取一个字符，返回值为读取的字符 

    (2)  public int read(char cbuf[]) throws IOException; /*读取一系列字符到数组cbuf[]中，返回值为实际读取的字符的数量*/ 
　 (3)  public abstract int read(char cbuf[],int off,int len) throws IOException; 
　　/*读取len个字符，从数组cbuf[]的下标off处开始存放，返回值为实际读取的字符数量，该方法必须由子类实现*/ 

2. Writer抽象类

1） FileWrite: 与FileOutputStream对应  
　　将字符类型数据写入文件，使用缺省字符编码和缓冲器大小。 
　　Public FileWrite(file f); 
2)  chararrayWrite:与ByteArrayOutputStream对应 ,将字符缓冲器用作输出。 
　　Public CharArrayWrite(); 
3) PrintWrite:生成格式化输出 
　  public PrintWriter(outputstream os); 
4) filterWriter:用于写入过滤字符流 
    protected FilterWriter(Writer w); 
5) PipedWriter：与PipedOutputStream对应   

6) StringWriter：无与之对应的以字节为导向的stream  

主要方法：

(1)  public void write(int c) throws IOException； //将整型值c的低16位写入输出流 
(2)  public void write(char cbuf[]) throws IOException； //将字符数组cbuf[]写入输出流 
(3)  public abstract void write(char cbuf[],int off,int len) throws IOException； //将字符数组cbuf[]中的从索引为off的位置处开始的len个字符写入输出流 
(4)  public void write(String str) throws IOException； //将字符串str中的字符写入输出流 
(5)  public void write(String str,int off,int len) throws IOException； //将字符串str 中从索引off开始处的len个字符写入输出流 
(6)  flush( ) //刷空输出流，并输出所有被缓存的字节。 
(7)close()    关闭流 public abstract void close() throws IOException

Reader与Writer处理的是字符流，在处理字符流时涉及了字符编码的转换问题

 

Reader类能够将输入流中采用其他编码类型的字符转换为Unicode字符，然后在内存中为其分配内存
Writer类能够将内存中的Unicode字符转换为其他编码类型的字符，再写到输出流中。

管道PipedInputStream/PipedOutputStream类：

当需要在两个线程中读写数据的时候，由于线程的并发执行，读写的同步问题可能会发生困难，这时候可以使用管道，管道事实上是一个队列。

管道是由系统维护的一个缓冲区，当然程序员也可以自己直接指定该缓冲区的大小（只需要设置管道流类中的PIPE_SIZE属性的值）。当生产者生产出数据后，只需要将数据写入管道中，消费者只需要从管道中读取所需要的数据。利用管道的这种机制，可以将一个线程的输出结果直接连接到另一个线程的输入端口，实现两者之间的数据直接传送。

线程1
线程2
临时文件
管道

1．管道的连接：

方法之一是通过构造函数直接将某一个程序的输出作为另一个程序的输入，在定义对象时指明目标管道对象

PipedInputStream pInput=new PipedInputStream();

PipedOutputStream pOutput= new PipedOutputStream(pInput);

方法之二是利用双方类中的任一个成员函数 connect()相连接

PipedInputStream pInput=new PipedInputStream();

PipedOutputStream pOutput= new PipedOutputStream();

pinput.connect(pOutput);

2．管道的输入与输出：

输出管道对象调用write()成员函数输出数据（即向管道的输入端发送数据）；而输入管道对象调用read()成员函数可以读起数据（即从输出管道中获得数据）。这主要是借助系统所提供的缓冲机制来实现的。

实例：Java的管道的输入与输出

 

import java.io.*;

public class PipedIO //程序运行后将sendFile文件的内容拷贝到receiverFile文件中

{

public static void main(String args[])

{

try

{

//构造读写的管道流对象

PipedInputStream pis=new PipedInputStream();

PipedOutputStream pos=new PipedOutputStream();

//实现关联

pos.connect(pis);

//构造两个线程，并且启动。

new Sender(pos,"c:\\text2.txt").start();

new Receiver(pis,"c:\\text3.txt").start();

}

catch(IOException e)

{

System.out.println("Pipe Error"+ e);

}

}

}

//线程发送

class Sender extends Thread

{

PipedOutputStream pos;

File file;

//构造方法

Sender(PipedOutputStream pos, String fileName)

{

this.pos=pos;

file=new File(fileName);

}

//线程运行方法

public void run()

{

try

{

//读文件内容

FileInputStream fs=new FileInputStream(file);

int data;

while((data=fs.read())!=-1)

{

//写入管道始端

pos.write(data);

}

pos.close();

}

catch(IOException e)

{

System.out.println("Sender Error" +e);

}

}

}

//线程读

class Receiver extends Thread

{

PipedInputStream pis;

File file;

//构造方法

Receiver(PipedInputStream pis, String fileName)

{

this.pis=pis;

file=new File(fileName);

}

//线程运行

public void run()

{

try

{

//写文件流对象

FileOutputStream fs=new FileOutputStream(file);

int data;

//从管道末端读

while((data=pis.read())!=-1)

{

//写入本地文件

fs.write(data);

}

pis.close();

}

catch(IOException e)

{

System.out.println("Receiver Error" +e);

}

}

}

随机文件读写：RandomAccessFile类

它直接继承于Object类而非InputStream/OutputStream类，从而可以实现读写文件中任何位置中的数据（只需要改变文件的读写位置的指针）。

编程步骤：

① 生成流对象并且指明读写类型；

② 移动读写位置；

③ 读写文件内容；

④ 关闭文件。

另外由于RandomAccessFile类实现了DataOutput与DataInput接口，因而利用它可以读写Java中的不同类型的基本类型数据（比如采用readLong()方法读取长整数，而利用readInt()方法可以读出整数值等）。

程序实例：

利用随机数据流RandomAccessFile类来实现记录用户在键盘的输入，每执行一次，将用户的键盘输入存储在指定的UserInput.txt文件中。

import java.io.*;

public class RandomFileRW

{

public static void main(String args[])

{

StringBuffer buf=new StringBuffer();

char ch;

try

{

while( (ch=(char)System.in.read()) !='\n')

{

buf.append(ch);

}

//读写方式可以为"r" or "rw"

RandomAccessFile myFileStream=new RandomAccessFile("c:\\UserInput.txt","rw");

myFileStream.seek(myFileStream.length()) ;

myFileStream.writeBytes(buf.toString());

//将用户从键盘输入的内容添加到文件的尾部

myFileStream.close();

}

catch(IOException e)

{

}

}

}

DataInput/DataOutput接口：

实现与机器无关的各种数据格式读写（如readChar() 、readInt()、readLong()、readFloat()，而readLine()将返回一个String）。其中RandomAccessFile类实现了该接口，具有比FileInputStream或FileOutputStream类更灵活的数据读写方式。

IOException异常类的子类：

1.public class  EOFException ：
   非正常到达文件尾或输入流尾时，抛出这种类型的异常。
2.public class FileNotFoundException：
   当文件找不到时，抛出的异常。
3.public class InterruptedIOException：
   当I/O操作被中断时，抛出这种类型的异常。

参考文献：

http://blog.csdn.net/hguisu/article/details/7418161#comments