12 - IO
以内存为中心：
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Input指从外部读入数据到内存，如把文件从磁盘读取到内存，从网络读取数据到内存等；
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Output指把数据从内存输出到外部，如把数据从内存写入到文件，把数据从内存输出到网络等。
IO流是一种顺序读写数据的模式，特点是单向流动。
字节流接口
IO流以byte（字节）为最小单位，因此也称为字节流。在Java中，InputStream代表输入字节流，OutputStream代表输出字节流，是最基本的两种IO流。
Reader/Writer
字符流接口
如果需要读写的是字符，并且字符不全是单字节表示的ASCII字符，那么按照char来读写更加方便，这种流称为字符流。
Java提供了Reader和Writer表示字符流，字符流传输的最小数据单位是char。Reader和Writer本质上是一个能自动编解码的InputStream和OutputStream。使用Reader，数据源虽然是字节，但读入的数据都是char类型的字符，原因是Reader内部把读入的byte做了解码，转换成了char。使用InputStream，读入的数据和原始二进制数据一模一样，是byte[]数组，但是可以自己把二进制byte[]数组按照某种编码转换为字符串。选择Reader和InputStream，取决于具体的使用场景，如果数据源不是文本，就只能使用InputStream，如果数据源是文本，使用Reader更为方便。
同步和异步
同步IO：读写IO时代码必须等待数据返回后才继续执行后续代码，优点是代码编写简单，缺点是CPU执行效率低；
异步IO：读写IO时仅发出请求，然后立刻执行后续代码，优点是CPU执行效率高，缺点是代码编写复杂。
Java标准库的包java.io提供了同步IO，而java.nio则是异步IO。InputStream、OutputStream、Reader和Writer都是同步IO的抽象类，对应的具体实现类，以文件为例，有FileInputStream、FileOutputStream、FileReader和FileWriter。
1. File对象
Java的标准库java.io提供了File对象来操作文件和目录。
要构造一个File对象，需要传入文件路径，既可以传入绝对路径，也可以传入相对路径。绝对路径是以根目录开头的完整路径；传入相对路径时，相对路径前面加上当前目录就是绝对路径。
注意：Windows平台使用“\”作为路径分隔符，在Java字符串中需要用“\\”表示一个“\”。Linux平台使用“/”作为路径分隔符。
File对象有3种形式表示的路径：
①getPath()：返回构造方法传入的路径；
②getAbsolutePath()：返回绝对路径；
③getCanonicalPath()：和绝对路径类似，但是返回的是规范路径。
文件和目录
File对象既可以表示文件，也可以表示目录。构造File对象不会导致任何磁盘操作，只有调用File对象的某些方法时才真正进行磁盘操作。调用isFile()判断该File对象是否是一个已存在的文件；调用isDirectory()判断File对象是否是一个已存在的目录。
用File对象获取到一个文件时，判断文件的权限和大小：
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boolean canRead()
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boolean canWrite()
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boolean canExecute()
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boolean length()
对目录而言，是否可执行表示能否列出它包含的文件和目录。
创建和删除文件
当File对象表示一个文件时，可以通过createNewFile()创建一个新文件，用delete()删除文件。File对象提供了createTempFile()来创建一个临时文件，以及deletOnExit()在JVM退出时自动删除该文件。
遍历文件和目录
当File对象表示一个目录时，可以使用list()和listFiles()列出目录下的文件和子目录名。listFiles()提供了一系列重载方法，可以过滤不想要的文件和目录。
File对象表示一个目录时，可以通过以下方法创建和删除目录：
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boolean mkdir()
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boolean mkdirs()：在必要时将不存在的父目录也创建出来；
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boolean delete()：当前目录必须为空才能删除成功。
Path
Java标准库提供的Path对象位于java.nio.file包，Path对象和File对象类似，但操作更加简单。需要对目录进行复杂的拼接、遍历等操作，使用Path对象更方便。
2. InputStream
不是一个接口，而是一个抽象类，它是所有输入流的超类。int read()方法读取输入流的下一个字节，并返回字节表示的int值（0~255）。如果已读到末尾，返回-1表示不能继续读取。
注意：打开一个文件进行读写，完成后要及时关闭，以便操作系统把资源释放掉。InputStream和OutputStream都是通过close()方法来关闭流，关闭流就会释放对应的底层资源。总是使用try(resource)来保证InputStream正确关闭。
缓冲
在读取流时，一次读取一个字节并不是最高效的方法。很多流支持一次性读取多个字节到缓冲区，对于文件和网络流来说，利用缓冲区一次性读取多个字节效率往往要高很多。InputStream提供了两个重载方法来支持读取多个字节：
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int read(byte[] b)：返回读取的字节数；
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int read(byte[] b, int off, int len)：指定byte数组的偏移量和最大填充数。
阻塞
在调用InputStream的read()方法读取数据时，read()方法是阻塞的，必须等read()方法返回后才能继续。因为读取IO流相比执行普通代码，速度会慢很多，因此，无法确定read()方法调用到底花费多长时间。
InputStream实现类
FileInputStream：从文件获取输入流；
ByteArrayInputStream：可以在内存中模拟一个InputStream。实际上是把一个byte[]数组在内存中变成一个InputStream。
3. OutputStream
所有输出流的超类。void write(int b)方法写入一个字节到输出流。虽然传入的是int参数，但只会写入一个字节，即只写入int最低8位表示字节的部分。close()方法关闭输出流，以便释放系统资源。flush()方法将缓冲区的内容真正输入到目的地，缓冲区写满了或者调用close()方法前OutputStream会自动调用它。
FileOutputStream
每次写入一个字节非常麻烦，更常见的方法是一次性写入若干字节，可以用OutputStream提供的重载方法void write(byte[])来实现。
阻塞
OutputStream的write()方法也是阻塞的。
OutputStream实现类
FileOutputStream：从文件获取输出流；
ByteArrayOutputStream：在内存中模拟一个OutputStream。实际上是把一个byte[]数组在内存中变成一个OutputStream。
4. Filter模式
InputStream根据来源可以包括：
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FileInputStream：从文件读取数据；
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ServletInputStream：从HTTP请求读取数据；
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Socket.getInputStream()：从TCP连接读取数据。
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……
针对依赖继承会导致子类数量失控的问题，JDK首先将InputStream分为两大类：
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一类是直接提供数据的基础InputStream，如，FileInputStream, ByteArrayInputStream, ServletInputStream……
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一类是提供额外附加功能的InputStream，如，BufferedInputStream, DigestInputStream, CipherInputStream……
在为“基础”InputStream附加功能时，①先确定这个能提供数据源的InputStream（需要的数据必须来自某个地方），②使用BufferedInputStream包装这个InputStream以提供缓冲的功能来提高读取效率，得到的包装类型是BufferedInputStream，但它仍然被视为一个InputStream；③同样地，再使用GZIPInputStream包装这个InputStream以直接读取解压缩的内容。无论包装多少次，得到的对象始终是InputStream，直接用InputStream引用它就可以正常读取。
这种通过一个“基础”组件再叠加更各种“附加”功能组件的模式，称之为Filter模式/装饰器模式（Decorator），可以在运行期动态增加功能。
编写FilterInputStream
在叠加多个FilterInputStream时，只需要持有最外层的InputStream，并且当最外层的InputStream关闭时，内层的InputStream的close()方法也会被自动调用，并最终调用到最核心的“基础”InputStream，因此不存在资源泄露。
5. 操作Zip
ZipInputStream是一种FilterInputStream，它可以直接读取zip包的内容；ZipOutputStream是一种FilterOutputStream，可以直接写入内容到zip包。
读取zip包
首先创建一个ZipInputStream，通常是传入一个FileInputStream作为数据源，然后循环调用getNextEntry()，直到返回null，表示zip流结束。
一个ZipEntry表示一个压缩文件或目录，如果是压缩文件，就用read()方法不断读取，直到返回-1。
写入zip包
首先创建一个ZipOutputStream，通常是包装一个FileOutputStream，然后每写入一个文件前，先调用putNextEntry()，再用write()写入byte[]数据，写入完毕后调用closeEntry()结束这个文件的打包。
6. 读取classpath资源
从classpath读取文件就可以避免不同环境下文件路径不一致的问题：如果把default.properties文件放到classpath中，就不用关心它的实际存放路径。
在classpath中的资源文件，路径总是以“/”开头，先获取当前的Class对象，然后调用getResourceAsStream()就可以直接从classpath读取任意的资源文件。
注意：调用getResourceAsStream()时，如果资源文件不存在，它将返回null。
把默认的配置放到jar包中，再从外部文件系统读取一个可选的配置文件，就可以做到既有默认的配置文件，又可以让用户自己修改配置，使得应用程序启动更加灵活。
7. 序列化
序列化和反序列化
序列化是指把一个Java对象变成二进制内容，本质上就是一个byte[]数组。序列化后可以把byte[]保存到文件中，或者把byte[]通过网络传输到远程，就相当于把Java对象存储到文件或者通过网络传出出去了。
反序列化是指把一个二进制内容（即byte[]数组）变回Java对象。
Java对象要能序列化必须实现一个特殊的java.io.Serializable接口，它没有定义任何方法，是一个空接口。把这样的空接口称为“标记接口”，实现了标记接口的类仅仅是自身贴了个“标记”，并没有增加任何方法。
为了避免class定义变动导致的不兼容问题，Java序列化允许class定义一个特殊的serialVersionUID静态变量，用于标识Java类的序列化“版本”，通常可以由IDE自动生成。如果增加或修改了字段，可以改变serialVersionUID的值，就能自动阻止不匹配的class版本。
注意：反序列化时，由JVM直接构造出Java对象，不调用构造方法，构造方法内部的代码，在反序列化时根本不可能执行。
安全性
Java的序列化机制可以导致一个实例能直接从byte[]数组创建，而不经过构造方法，因此存在一定的安全隐患。一个精心构造的byte[]数组被反序列化后可以执行特定的Java代码，从而导致严重的安全漏洞。
Java的反序列化机制仅适用于Java，如果需要与其它语言交换数据，必须使用通用的序列化方法，如JSON。
8. Reader
| InputStream | Reader |
|---|---|
| 字节流，以byte为单位 | 字符流，以char为单位 |
| 读取字节（-1，0~255）：int read() | 读取字符（-1，0~65535）：int read() |
| 读到字节数组：int read(byte[] b) | 读到字符数组：int read(char[] c) |
FileReader
Reader的一个子类，可以打开文件并获取Reader。读取纯ASCII编码的文本文件，无需指定编码；若文件中包含中文，为避免乱码问题，需要在创建FileReader时指定编码：
Reader reader = new FileReader("src/readme.txt", StandardCharsets.UTF_8);
同样的，需要注意使用try(resource)来包装Reader在无论有没有IO错误时都能正确关闭。
CharArrayReader
可以在内存中模拟一个Reader，实际上是把一个char[]数组变成了一个Reader，与ByteArrayInputStream类似。
StringReader
可以直接把String作为数据源，和CharArrayReader几乎一样。
InputStreamReader
Reader和InputStream的关系：
普通的Reader（除特殊的CharArrayReader和StringReader外）实际上是基于InputStream构造的，因为Reader需要从InputStream中读入字节流（byte），然后根据编码设置再转换为char来实现字符流。
Reader本质上是一个基于InputStream的byte到char的转换器。已经有一个InputStream，将其转换为Reader是可行的，通过InputStreamReader就可以把任何InputStream转换为Reader（构造时需要指定编码）。
9. Writer
| OutputStream | Writer |
|---|---|
| 字节流，以byte为单位 | 字符流，以char为单位 |
| 写入字节（0~255）：void write(int b) | 写入字符（0~65535）：void write(int c) |
| 写入字节数组：void write(byte[] b) | 写入字符数组：void write(char[] c) |
| 无对应方法 | 写入String：void write(String s) |
FileWriter
向文件中写入字符流的Writer，使用方法和FileReader类似。
CharArrayWriter
可以在内存中创建一个Writer，实际上时构造一个缓冲区，可以写入char，最后得到写入的char[]数组，和ByteArrayOutputStream类似。
StringWriter
一个基于内存的Writer，和CharArrayWriter类似。实际上它在内部维护了一个StringBuffer，并对外提供了Writer接口。
OutputStreamWriter
普通的Writer（除特殊的CharArrayWriter和StringWriter外）实际上是基于OutputStream构造的，它接收char，然后在内部自动转换成一个或多个byte，并写入OutputStream。
OutputStreamWriter是一个将任意的OutputStream转换为Writer的转换器（需要指定编码）。
10. PrintStream和PrintWriter
PrintStream是FilterOutputStream的一种，是一种能接收各种数据类型的输出，打印数据时比较方便（print()/println()），且不会抛出IOException，编写代码时就不用进行捕获：
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System.out：系统默认提供的标准输出；
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System.err：系统默认提供的标准错误输出。
PrintWriter
