Java中的IO

1、概念

IO(Input、Output)表示输入与输出。

Java 1.0中IO是流式IO，只能一个个字节的处理数据，所以也叫Stream IO，其响应是阻塞式的。

Java 1.4中的NIO（non-blocking）是非阻塞式，其处理数据是以Buffer的方式。

2、IO相关类

java的io相关接口和类都在java.io包下，最顶层最常用的抽象类有四个，分别是InputStream、OutputStream、Reader、Writer，其关系图如下：

InputStream的子类很多，例如常见的FileInputStream、ByteArrayInputStream、PipedInputStream、FilterInputStream、ObjectInputStream，Input和Output成对出现，OutputStream同理。

Reader的子类也很多，BufferedReader、CharArrayReader、FileReader、FilterReader、InputStreamReader、PipedReader、StringReader，Reader和Writer成对出现，Writer同理。

3、分类

按字节和字符分：InputStream和OutputStream处理字节流，Reader和Writer处理字符流。

从介质上分有三种：数组ByteArrayInputStream、文件FileInputStream和字符串，有各自的使用场景，不是所有的数据都是以文件的形式存在，比如内存中的数据就是以字节数组的形式存在，可能是图片、视频等等。

总结：纯文本数据用Reader和Writer处理，非纯文本用InputStream和OutputStream处理，文件用FileInputStream处理，内存用ByteArrayInputStream处理。

4、使用场景

下面简述常用类的使用场景

• FileInputStream：在处理文件时会用到，不论是处理文本文件还是二进制文件都可以，一般搭配字节数组做缓冲区，类似于BufferInputStream。
• ByteArrayInputStream：在内存中创建一个字节数组缓冲区，用来处理内存中存在的数据。
• PipedInputStream：一般用来处理线程间的通信。因为现在有了更好的方式处理线程间通信的，比如BlockingQueue，所以在实际开发中用的比较少。
• FilterInputStream：本身没有新增什么功能，就是对于InputStream的外层封装，用于给其他类去继承。
• ObjectInputStream：顾名思义可以将流和对象进行转换，例如将自定义的对象序列化后保存到一个文件，将一个文件读取的流解析成一个对象。
• BufferedInputStream：本质就是将其他流存到了自己的缓冲数组里面，后续的操作从自身数组中读取。其逻辑是从其他流里面读取固定长度的数据，存到自身的字节数组，然后读取的时候先从自身的数组里读，当数组里的数据读完了，就会重新从流里缓存，直到把数据全部读完，相当于一个中转站。其继承了FilterInputStream，扩展了能力，用法和FileInputStream一致，当FileInputStream使用的缓存数组大小设置为8192时，和默认的BufferedInputStream没有区别。
• BufferedReader：和BufferedInputStream类似，构造方法是传入一个Reader，专门处理字符流。
• FilterReader：和FilterInputStream类似，就是给其他的类继承，好扩展功能。
• InputStreamReader：继承了Reader，专门将字节流转成字符流，是一个转换类，其构造方法入参就是InputStream。
• FileReader：继承了InputStreamReader，其实就是简化使用，不然得先从File获取字节流，再把字节流转换成字符流使用，FileReader直接从文件获取字符流，构造方法入参有两个，一个是文件路径，一个是文件。
• PipedReader：和PipedInputStream类似，用来处理线程间的通信。例如一个线程获取键盘输入，一个线程输出内容到控制台。
• CharArrayReader：其数据源是一个字符数组，讲一个字符数组作为输入源。
• StringReader：数据源是一个字符串，结合标记和重置方法，可以读取字符串任意位置的字符。

5、常用示例代码

• FileInputStream和FileOutputStream，复制文件A到文件B

/**
 * 复制原文件到一个新的文件
 *
 * @param file    原文件
 * @param newFile 新文件
 * @throws IOException
 */
private void copyFileByFileStream(File file, File newFile) throws IOException {
    if (newFile.exists() || newFile.createNewFile()) {
        try (OutputStream outputStream = new FileOutputStream(newFile); InputStream inputStream = new FileInputStream(file)) {
            //设置缓冲区大小为2Kb
            byte[] bytes = new byte[2048];
            //记录缓冲区存储的数据大小
            int length;
            //循环从inputStream读取最多2kb的数据，直到取完所有的数据
            while ((length = inputStream.read(bytes)) != -1) {
                //将缓冲区实际保存的数据写入outputStream
                outputStream.write(bytes, 0, length);
            }
        }
    }
}

• BufferedInputStream和BufferedOutputStream，复制文件A到文件B

/**
 * 复制原文件到一个新的文件
 *
 * @param file    原文件
 * @param newFile 新文件
 * @throws IOException
 */
private static void copyFileByBufferStream(File file, File newFile) throws IOException {
    if (newFile.exists() || newFile.createNewFile()) {
        try (BufferedOutputStream outputStream = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(newFile));
             BufferedInputStream inputStream = new BufferedInputStream(new FileInputStream(file))) {
            //设置缓冲区大小为2Kb
            byte[] bytes = new byte[2048];
            //记录缓冲区存储的数据大小
            int length;
            //循环从inputStream读取最多2kb的数据，直到取完所有的数据
            while ((length = inputStream.read(bytes)) != -1) {
                //将缓冲区实际保存的数据写入outputStream
                outputStream.write(bytes, 0, length);
            }
        }
    }
}

• BufferedReader打印文本文件内容，入参是InputStreamReader（将字节流转成字符流）

/**
 * BufferedReader只能处理字符流
 * InputStreamReader是字节流转字符流的桥梁
 * 所以需要用到InputStreamReader将字节流转成字符流
 *
 * @param file
 * @throws IOException
 */
private static void testFileInputStream(File file) throws IOException {
    try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(file)))) {
        StringBuilder builder = new StringBuilder();
        String str;
        while ((str = reader.readLine()) != null) {
            builder.append(str).append(System.getProperty("line.separator"));
        }
        System.out.println(builder);
    }
}

• BufferedReader打印文本文件内容，入参是FileReader（将文件转成字符流）

/**
 * BufferedReader只能处理字符流
 * FileReader继承了InputStreamReader，其提供了将文件直接转换成字符流的构造方法
 *
 * @param file
 * @throws IOException
 */
private static void testFileReader(File file) throws IOException {
    try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(file))) {
        StringBuilder builder = new StringBuilder();
        String str;
        while ((str = reader.readLine()) != null) {
            builder.append(str).append(System.getProperty("line.separator"));
        }
        System.out.println(builder);
    }
}