Java笔记08 - IO

基本介绍

IO

• Input/Output, 以内存为中心的输入输出
• input: 外部数据读入内存, 并且以java能够识别的形式表示
• output: 内存数据输入到外部, 避免易失性, 必须把处理后的数据以某种方式输出
• 代码在内存中运行, 只有把数据读到内存中才能操作

InputStream/OutputStream

• IO流, 以byte(字节)为最小单位. 故也是字节流
• InputStream: 输入字节流
• OutputStream: 输出字节流

Reader/Writer

• 按照char来读写: 字符流
• 字符流传输的最小单位char
• Reader和Writer本质上是一个能自动编码的InputStream和OutputStream
• 如果数据是文本, 使用Reader更方便一些

同步和异步

• 同步: 代码简单, CPU执行效率低
• 异步: 代码复杂, CPU执行料率高
• 同步IO: 输入/输出流的IO模型

File对象

• File来操作文件和目录

文件和目录

• File对象既可以操作文件, 也可以表示目录. 特别注意: 构建一个File对象, 即使传入的文件和目录不存在, 代码也不会出错.. 只有调用某些方法才会出错.
• isFile()判断是否为一个文件
• isDirectory()判断是否为一个目录
• boolean canRead(): 是否可读
• boolean canWrite(): 是否可写
• boolean canExecute(): 是否可执行
• long length(): 文件字节大小

创建和删除文件

如果当前File表示文件

• createNewFile()创建文件
• delete()删除文件
• createTempFile()创建临时文件
• deleteOnExit(): JVM退出时自动删除文件

遍历文件和目录

如果当前File表示目录

• 使用list()和listFiles()列出目录下的文件和子目录名
• listFiles()提供一系列重载方法, 可以过滤不想要的文件和目录
• listFiles(), 可以接受一个Filter对象, 筛选名称
• boolean mkdir()创建当前File表示文件所在的目录
• boolean mkdirs(): 不存在的父目录也创建出来
• boolean delete: 删除目录

Path

• 对目录进复杂的拼接, 遍历等操作

  Path p1 = Paths.get(".", "project", "study");
  System.out.println(p1);
  Path p2 = p1.toAbsolutePath(); // 转换为绝对路径
  System.out.println(p2);
  Path p3 = p2.normalize(); // 转换为规范化路径
  System.out.println(p3);
  File f = p3.toFile(); // 转换为File对象
  System.out.println(f);
  for (Path p : Paths.get("..").toAbsolutePath()) { // 直接遍历Path
    System.out.println(p);
  }

InputStream

• java最基本的输入流
• 抽象类, 所有输入类的超类
• read(): 读取输入流的下一个字节, 返回字节表示的int值.
• 读到末尾, 返回-1表示不能再读取了
• close()关闭, 释放底层资源, 避免资源浪费.
• I/O代码, 需要处理IOException
• 使用try(resource)自动加入 `finally { resource.close() }
• resource是否实现AutoCloseable接口

缓冲

• 一次性支持多个字符到缓冲区, 是一种高效操作.
• 缓冲重载方法:
  • int read(byte[] b): 读取若干字节到byte[]数组, 返回读取的字节数.
  • int read(byte[] b, int off, int len): 指定byte[]数组的偏移量和最大填充数.
• 先定义一个byte[]数组作为缓存区, read()尽可能多的读取字节到缓冲区, 并返回读取了多少个字节. 没有更多数据, 返回-1

阻塞

• read()方法时阻塞的, 必须等到返回后, 才能继续执行

InputStream实现类

• FileInputStream可以从文件中获取输入流.
• ByteArrayInputStream可以在内存中模拟一个InputStream, 多作为测试使用
• 面向对象原则: 接受InputStream抽象类型, 而不是具体的FileInputStream

OutputStream

• 抽象类, 所有输出流的超类
• void write(int b), 写入一个字节到输入流, 只写入int最低8位表示字节部分(相当于b&0xff)
• close()关闭输出流, 释放资源
• flush()强制将缓冲区的内容真正输出到目的地
• 一般情况下:
  • 缓存区写满了, OutputStream自动调用
  • close()关闭前, 自动调用
• 手动调用情况:
  • 不能等到缓冲区装满的情况
• InputStream也有缓冲区, 例如读取第一个字节, 操作系统一次性读取若干个字节到缓冲区
• OutputStream中的write方法也是阻塞的
• ByteArrayOutputStream可以在内存中模拟一个OutputStream

Filter模式

• InputStream根据来源可以分为:

  • FileInputStream, 从文件中读取, 是最终数据源
  • ServletInputStream: 从HTTP请求读取数据, 是最终数据源
  • Socket.getInputStream(): 从TCP链接读取数据, 是最终数据源

• 如果给FileInputStream添加很多功能, 至少需要3个子类

• 三种功能的组合又需要更多子类

• 为了解决依赖继承导致的子类数量失控问题

• 首先分为: 直接提供数据的基础InputStream, 和提供额外功能的InputStream

• 1 确定数据来源: InputStream file = new FileInputStream("test.txt")

• 2 提供特定的功能, 例如缓存功能: InputStream buffered = new BufferedInputStream(file)

• 3 再包装一层解压: InputStream gzip = new GZIPInputStream(buffered)

┌─────────────────────────┐
│GZIPInputStream │
│┌───────────────────────┐│
││BufferedFileInputStream││
││┌─────────────────────┐││
│││ FileInputStream │││
││└─────────────────────┘││
│└───────────────────────┘│
└─────────────────────────┘

• 通过一个基础组件叠加各种功能组件的模式: Filter模式(装饰者模式: Decorator)
• 通过少量的类, 实现很多特定的功能
• OutputStream也以这种模式来提供各种功能

编写FilterInputStream

• 实现自己的FilterInputStream, 以叠加到任何一个InputStream中
• 我们只需要持有最外层的InputStream, 当最外层的InputStream关闭时, 内层的close自动调用

操作Zip

• ZipInputStream是一种FilterInputStream, 可以直接读取zip内容
• jar包就是zip包, 只是增加了一些特定的文件
• JarInputStream从ZipInputStream派生, 读取MANIFEST.MF

读取zip包

• 创建ZipInputStream, 传入一个FileInputStream作为数据源
• 循环调用getNextEntry()直到返回null, 表示zip流结束
• 一个Entry表示一个文件或者目录, 如果是文件, 就用read()方法不断读取, 直到返回-1

    try (ZipInputStream zip = new ZipInputStream(new FileInputStream("...."))) {
      ZipEntry entry = null;
      while((entry = zip.getNextEntry()) != null) {
        String name = entry.getName();
        if (!entry.isDirectory()) {
          int n;
          while((n = zip.read()) != -1) {
            // ...
          }
        }
      }
    }

写入zip包

• ZipOutputStream是一种FilterOutputStream, 可以直接些人内容到zip包
• 首先创建一个ZipOutputStream, 通常是包装一个FileOutputStream
• 写入文件前, 先调用putNextEntry(), 然后用write()写入byte[]数据
• 写入完毕后调用closeEntry结束这个文件的打包

    try (ZipOutputStream zip = new ZipOutputStream(new FileOutputStream("..."))) {
      File[] files = ...;
      for (File file : files) {
        zip.putNextEntry(new ZipEntry(file.getName()));
        zip.write(getFileDataAsBytes(file));
        zip.close();
      }
    }

• 代码中没有考虑目录结构, 使用new ZipEntry(name)传入name相对路径

读取classpath资源

• java存放.class的目录或者jar包也可以包含其他类型的文件
  • .properties: 配置文件
  • .jpg: 图片文件
  • .txt, .csv: 文本文件
• 从classpath读取文件, 可以避免不同环境下文件路径不一致问题
• classpath中的资源文件, 路径总是以/开头, 先获取当前的Class对象
• 调用getResourceAsStream()可以直接从classpath读取任意的资源文件
• 如果资源不存在, 返回null

序列化

• 序列化: 是指把一个Java对象变成二进制内容, 本质上是一个byte[]数组
• 序列化原因: 可以把byte[]保存在文件中, 或者通过网络传输到远程
• 反序列化: 把二进制内容byte[]变化Java对象
• java对象能序列化, 需要实现接口: java.io.Serializable接口
• Serializable空接口, 标记接口.

"序列化"

• 使用ObjectOutputStream, 把java对象写入一个字节流
• ObjectOutputStream既可以写入基本类型, 如int, boolean, 也可以写入String, 还可以写入实现了Serializable接口的Object
• 写入Object时, 需要大量的类型信息, 所有写入的内容很多

反序列化

• ObjectInputStream负责从一个字节流读取Java对象
• 能够读取基本类型和String类型, readObject()可以直接返回一个Object对象. 然后就可以强制转换了
• readObject()可能抛出的异常:
  • ClassNotFoundException: 没有找到对应的Class
  • InvalidClassException: Class不匹配
• 序列化允许定义一个特殊的seriaVersionUID的静态变量, 用于标识Java类的序列化版本.
• 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, 在反序列化时不可能运行

安全

• 精心构造的byte[]数组被反序列化后可以执行特定的Java代码, 导致安全漏洞
• 更换的序列化犯法是通过JSON这样的数据接口, 只输出基本类型,包括(String)内容, 不存储任何代码相关信息.

Reader

• Reader是另一个输入流接口

• InputStream是字节流

• Reader是字符流

• InputStream:

  • 字节流, 以byte为单位
  • 读取字节(-1, 0-255): int read()
  • 读到字节数组: int read(byte[] b)

• Reader

  • 字符流, 以char为单位
  • 读取字符(-1, 0-65535): int read()
  • 读到字符数组: int read(char[] c)

• 所有字符流的超类, 返回int(0 ~ 65535), 读到末尾返回-1

FileReader

• 同样可以使用try进行关闭
• 可以一次性读取若干个字符并填充到char[]数组的方法: public int read(char[] c) throws IOException
• 设置缓存区, 尽可能填充缓冲区

CharArrayReader

• 可以模拟一个Reader.

StringReader

• 直接把String作为数据源, 其他和CharArrayReader一样

InputStreamReader

• 普通的Reader基于InputStream构造
• Reader需要从InputStream中读入字节流(byte). 根据编码设置, 再转换char.
• InputStreamReader可以转成然后InputStream为Reader. 需要指定编码

    try (Reader reader = new InputStreamReader(new FileInputStream("src/readme.txt", "UTF-8"))) {
      // todo..
    }

Writer

• Writer: char转成byte输出

• 对比:

• OutputStream

  • 字节流, 以byte为单位
  • 写入字节(0~255): void write(int b)
  • 写入字节数组: void write(byte[] b)
  • 没有写入String方法

• Writer

  • 字符流, 以char为单位
  • 写入字符(0~65535): void write(int c)
  • 写入字符数组: void write(char[] c)
  • 写入String: void write(String s)

• 所有字符输出流的超类

FileWriter

• 向文件中写入字符流的Writer.

CharArrayWriter

• 在内存中创建一个Writer, 作为一个缓冲区, 可以写入char, 然后得到写入的char[]数组
• 主要是用来测试模拟

StringWriter

• 基于内存的Writer, 和CharArrayWriter类似
• 内部维护了一个StringBuffer接口, 并对外提供了Writer接口

OutputStreamWriter

• 将任意的OutputStream转换为Writer

PrintStream和PrintWriter

PrintStream

• PrintStream是一种FilterOutStream
• 输出的都是byte数据
• 在OutputStream的接口上, 提供一些写入各种数据的方法
  • print(int)
  • print(boolean)
  • print(String)
  • print(Object)
  • 以及对应的一组println()方法, 自动加上换行符
• System.out是系统默认提供的PrintStream
• System.err系统默认提供的标准错误输出
• 不会抛出IOException

PrintWriter

• 扩展了Writer接口
• print()/println()最终输出的是char数据

Java笔记08 - IO

原文：https://www.cnblogs.com/zhangrunhao/p/12759224.html