Java基础 | IO 流

File类

java.io.File 类，该类的一个对象就代表一个文件或目录（文件夹），File 类中涉及关于文件或文件目录的创建、删除、重命名、返回修改时间、文件大小等方法，但不涉及文件的读写，File 类的对象常作为参数传入流对象的构造器中。

构造器

File(String filePath)
File(String parentPath,String childPath)
File(File parentFile,String childPath)

注意

形参可以是文件名或者文件夹的路径，可以是绝对路径或相对路径
Windows 和 Dos 使用 “ \ ” 作为路径分隔符，在字符串中要使用转义符
Unix 和 URL 使用 “ / ” 作为路径分隔符
可以使用统一的分隔符常量 public static final String separator

File f1 = new File("d:" + File.separator + "github" + File.separator + "github.txt"); 
// d:\github\github.txt

IDEA中，如果使用 JUnit 进行单元测试，相对路径从当前 Module 开始，如果使用 main() 函数进行测试，相对路径从当前 Project 开始

常用方法

获取

public String getAbsolutePublic();
// 获取绝对路径
public String getPath();
// 获取路径
public String getName();
// 获取名称
public String getParent();
// 获取上层文件目录路径，若无，返回 null
public long length();
// 获取文件长度，即字节数，不可获取目录的长度
public long lastModified();
// 获取最后一次修改实践

重命名

public boolean renameTo(File dest);
把文件重命名为指定的文件路径

判断

public boolean isDirectory();
// 判断是否是目录
public boolean isFile();
// 判断是否是文件
public boolean exists();
// 判断是否存在
public boolean canRead();
// 判断是否可读
public boolean canWrite();
// 判断是否可写
public boolean isHidden();
// 判断是否隐藏

创建

public boolean creatNewFile();
// 创建文件，若文件已存在，则不创建，返回 false
public boolean mkdir();
// 创建目录，若目录已存在，则不创建，若此目录上层目录不存在，也不创建

删除

public boolean delete();
// 删除文件或一个空的目录，不走回收站

IO 流原理及流的分类

相对于程序、内存来说，从外围设备读数据到内存为输入，从内存写数据到外围设备为输出

流的分类

按操作数据单位：字节流（每 8 bit（1字节）一个单位）、字符流（每 16 bit 一个单位）
按数据的流向：输入流、输出流
按流的角色：节点流（直接连接内存和文件）、处理流
字符流：字节流读取文字字节数据后，不直接操作而是先查指定的编码表，获取对应的文字，再对这个文字进行操作，简单说就是字节流+编码表

抽象基类	字节流	字符流
输入流	InputStream	Reader
输出流	OutputStream	Writer

IO流分类

抽象基类	InputStream	OutputStream	Reader	Writer
节点流	FileInputStream	FileOutputStrem	FileReader	FileWriter
缓冲流	BufferedInputStream	BufferedOutputStrem	BufferedReader	BufferedWriter

输入输出的标准化过程

输入过程

创建 File 类的对象，指明读取的数据的来源（要求此文件一定要存在）
创建相应的输入流对象，将 File 类的对象作为参数，传入流的构造器中
具体的读入过程，使用 read() 方法，根据字节流或字符流的类型创建相应的 buffer 数组 byte[] 或 char[]
关闭流资源

输出过程

创建File类的对象，指明写出的数据的位置（不要求此文件一定要存在）
创建相应的输出流，将 File 类的对象作为参数，传入流的构造器中
具体的写出过程，使用 write() 方法
关闭流资源

说明

程序中出现的异常需要使用 try-catch-finally 处理

节点流（文件流）

输入操作（读），相应的 File 一定要存在，否则就会报 FileNotFoundException
输出操作（写），相应的 File 可以不存在，不会报异常
异常的处理：为了保证流资源一定可以执行关闭操作。需要使用try-catch-finally处理
无参 read() 方法，每次读入一个单位内容，到达文件末尾返回-1，若缓冲区（一个数组）作为参数传入，每次读取尽量装满缓冲区，返回每次读入内容单位的个数，到达文件末尾返回-1
写操作（FileWriter 和 FileOutputStream 同理）
- File 对应的硬盘中的文件如果不存在，在输出的过程中，会自动创建此文件。
- File 对应的硬盘中的文件如果存在：
  - 如果流使用的构造器是：FileWriter(file,false) / FileWriter(file):对原文件的覆盖
  - 如果流使用的构造器是：FileWriter(file,true):不会对原文件覆盖，而是在原文件基础上追加内容
对于文本文件(.txt，.java，.c，.cpp)，建议使用字符流处理
对于非文本文件(.jpg，.mp3，.mp4，.avi，.doc，.ppt，...)，必须使用字节流处理

FileReader 和 FileWriter

FileRead 和 FileWriter 实现问本文件的复制

import java.io.*;

public class FileTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 创建 File 类的对象，指明数据来源，路径是相对于 Project 的
        File srcFile = new File("FileIO/hello1.txt");
        File destFile = new File("FileIO/hello2.txt");

        FileReader fr = null;
        FileWriter fw = null;
        try {
            // 2. 创建输入流对象，并将 secFile 作为参数传入构造器
            fr = new FileReader(srcFile);
            // 创建输出流对象，并将 destFile 作为参数传入构造器
            // 如果没有该文件，则新建
            fw = new FileWriter(destFile,true);

            // 字符串用于存储所以文本内容
            StringBuffer str = new StringBuffer();
            // 读取操作的缓冲区
            char[] cbuf = new char[5];
            // 记录本次读取所读的字符个数
            int len;

            // 3. 读入数据同时写出数据
            while((len=fr.read(cbuf))!=-1) {
                str.append(cbuf,0,len);
                fw.write(cbuf,0,len);
                //String s = new String(cbuf,0,len);
                //System.out.print(s);
            }
            System.out.println(str);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 4. 关闭流资源
            try {
                if(fr!=null)
                    fr.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                if(fw!=null)
                    fw.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

FileInputStream 和 FileOutputStream

FileInputStream 和 FileOutputStream 实现视频文件的拷贝，并封装到方法，测定拷贝时间

import java.io.*;

public class FileInputStreamOutputStreamTest {
    public static void main(String[] args) {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        copyFile("FileIOStream/视频1.mp4","FileIOStream/视频2.mp4");
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("复制完成，花费时间：" + (endTime-startTime)/1000.0 + "秒");
    }

    public static void copyFile(String src,String dest) {
        FileInputStream fis = null;
        FileOutputStream fos = null;
        try {
            // 1. 创建 File 的对象，指明数据来源
            File srcFile = new File(src);
            File destFile = new File(dest);

            // 2. 创建字节流对象，传入 File 参数
            fis = new FileInputStream(srcFile);
            fos = new FileOutputStream(destFile);

            // 字节流缓冲区
            byte[] buffer = new byte[1024];
            // 本次读入的字节数
            int len;
            // 3. 边读边写
            while((len=fis.read(buffer))!=-1) {
                fos.write(buffer,0,len);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 4. 必须关闭资源流
            try {
                if(fis!=null)
                    fis.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                if(fos!=null)
                    fos.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

缓冲流

缓冲流是处理流的一种，可以提高流的读取写入的速度，把节点流的对象作为参数传入缓冲流构造器即可
原因：内部提供了一个缓冲区，默认大小 DEFAULT_BUFFER_SIZE 为 8192 字节（8 KB）
在输出过程中可以调用输出流的 flush() 方法手动刷新内置缓冲区，立刻将缓冲区内容写入文件。

BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream

使用BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream 复制视频

import java.io.*;

public class BufferedTest {
    public static void main(String[] args) {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        copyFile("Buffered/视频1.mp4","Buffered/视频2.mp4");
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("复制完成，花费时间：" + (endTime-startTime)/1000.0 + "秒");
    }

    public static void copyFile(String src,String dest) {
        BufferedInputStream bis = null;
        BufferedOutputStream bos = null;
        try {
            // 1. 创建 File 对象
            File srcFile = new File(src);
            File destFile = new File(dest);

            // 2. 创建节点流对象
            FileInputStream fis = new FileInputStream(srcFile);
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream(destFile);

            // 3. 创建缓冲流对象，并传入其他流作为参数
            bis = new BufferedInputStream(fis);
            bos = new BufferedOutputStream(fos);

            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;

            // 4. 读写细节
            while((len=bis.read(buffer))!=-1) {
                bos.write(buffer,0,len);
            }


        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 5. 关闭流资源
            // 要求先关闭外层的流，再关闭内层的流
            // 关闭外层流的同时，内层流也会自动的进行关闭
            // 所以内层流的关闭可以省略
            try {
                if(bis!=null)
                    bis.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                if(bis!=null)
                    bos.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

自己测试拷贝一段 400M 大小的 MP4 视频，使用节点流，三次平均 4.26 s，使用缓冲流，三次平均 1.45 s。

BufferedReader 和 BufferedWriter

BufferedReader 多了 readLine() 方法，即一次性读取一行内容

import java.io.*;

public class BufferedRead {
    public static void main(String[] args) {
        BufferedReader br = null;
        BufferedWriter bw = null;

        // 方法一
        /*
        try {
            br = new BufferedReader(new FileReader(new File("Buffered/hello1.txt")));
            bw = new BufferedWriter(new FileWriter(new File("Buffered/hello2.txt")));

            char[] cbuf = new char[10];
            int len;
            while((len=br.read(cbuf))!=-1) {
                bw.write(cbuf,0,len);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(br!=null) {
                try {
                    br.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(bw!=null) {
                try {
                    bw.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        */

        // 方法二:使用readline()方法和newline()方法
        try {
            br = new BufferedReader(new FileReader(new File("Buffered/hello1.txt")));
            bw = new BufferedWriter(new FileWriter(new File("Buffered/hello2.txt")));

            String buffer;
            while((buffer=br.readLine())!=null) {
                bw.write(buffer);
                bw.newLine();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(br!=null) {
                try {
                    br.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(bw!=null) {
                try {
                    bw.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

转换流

转换流属于字符流、处理流，提供字节流和字符流之间的转换

InputStreamReader 用于将一个字节的输入流转换为字符输入流
OutputStreamWriter 用于将一个字符的输出流转换为字节的输出流
编码：字节，字节数组--->字符数组、字符串
解码：字符数组、字符串--->字节，字节数组
文件编码的方式（比如：GBK），决定了解析时使用的字符集（也只能是GBK）

转换流

// 将输入的字节流转换成输入的字符流，并指定读入的字符集为 utf-8，然后将内容写入另一个文件，并指定字符集为 gbk
import java.io.*;

public class ConvertTest {
    public static void main(String[] args) {
        InputStreamReader isr = null;
        OutputStreamWriter osw = null;
        try {
            File srcFile = new File("ConvertTest/hello1.txt");
            File destFile = new File("ConvertTest/hello2.txt");
            FileInputStream fis = new FileInputStream(srcFile);
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream(destFile);
            isr = new InputStreamReader(fis,"utf-8");
            osw = new OutputStreamWriter(fos,"gbk");
            char[] cbuf = new char[10];
            int len;
            while((len=isr.read(cbuf))!=-1) {
                String str = new String(cbuf,0,len);
                System.out.print(str);
                osw.write(cbuf,0,len);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(isr!=null) {
                try {
                    isr.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(osw!=null) {
                try {
                    osw.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

常见编码集

ASCII：美国标准信息交换码，用一个字节的7 位表示
ISO8859-1：拉丁码表、欧洲码，表用一个字节的 8 位表示
GB2312：中国的中文编码表，最多两个字节编码所有字符
GBK：中国的中文编码表升级，融合了更多的中文文字符号，最多两个字节编码
Unicode：国际标准码，融合了目前人类使用的所有字符，为每个字符分配唯一的字符码，所有的文字都用两个字节来表示
UTF-8：变长的编码方式，可用 1-4 字节来表示一个字符

一般要求从前端到后台到数据库统一编码字符集，UTF-8

标准输入输出流

System.in：标准输入流：从键盘输入
System.out：标准输出流：显示器/控制台输出

// 不使用 Scanner 实现从键盘输入，转换成大写后打印
import java.io.*;

public class Standard {
    public static void main(String[] args) {
        BufferedReader br = null;
        try {
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(System.in);
            br = new BufferedReader(isr);
            while(true) {
                System.out.println("请输入字符串：");
                String str = br.readLine().toUpperCase();
                if("e".equalsIgnoreCase(str)||"exit".equalsIgnoreCase(str)) {
                    return;
                }
                System.out.println("转换成大写为"+str);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(br!=null) {
                try {
                    br.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

对象流

ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream，用于存储和读取基本数据类型和对象的处理流，可以把 Java 对象写入数据源，也可从数据源还原对象。

ObjectOutputStream:内存中的对象--->存储中的文件、通过网络传输出去：序列化过程
ObjectInputStream:存储中的文件、通过网络接收过来 --->内存中的对象：反序列化过程

对象序列化机制

对象序列化机制允许把内存中的Java对象转换成平台无关的二进制流，从而允许把这种二进制流持久地保存在磁盘上，或通过网络将这种二进制流传输到另一个网络节点。//当其它程序获取了这种二进制流，就可以恢复成原来的 Java 对象

序列化：使用 ObjectOutputStream 类保存基本数据类型或对象的机制
反序列化：使用 ObjectInputStream 类读取基本数据类型或对象的机制
不能序列化 static 和 transient 修饰的成员变量

自定义类的序列化

若要一个类可以序列化，必须满足

实现 Serializable 接口，这是一个标识接口，没有需要实现的抽象方法
类中提供一个序列版本号

public static final long serialVersionUID = -136974127607965289L;

除了当前类需要实现 Serializable 接口之外，还必须保证其内部所有属性也必须是可序列化的

import java.io.*;

// 实现 Serializable 接口的自定义类
class Person implements Serializable {
    // 提供序列号，一个全局静态long型常量
    private static final long serialVersionUID = -136974127607965289L;
    // 成员也是可序列化的
    private String name;
    private  int age;

    public Person() {
    }

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

public class ObjectStreamTest {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = new String("hello,world");
        Person p = new Person("小明",25);

        ObjectOutputStream oos = null;
        try {
            // 指明保存对象用的文件，并创建一个节点输出流
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File("ObjectStream\\hello.dat"));
            // 创建对象输出流
            oos = new ObjectOutputStream(fos);
            // 将 String 输出到文件
            oos.writeObject(str1);
            // 每次输出都要flush
            oos.flush();
            // 将对象输出到文件
            oos.writeObject(p);
            oos.flush();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(oos!=null) {
                try {
                    oos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

        ObjectInputStream ois = null;
        String res1 = null;
        Person res2 = null;
        try {
            FileInputStream fis = new FileInputStream(new File("ObjectStream\\hello.dat"));
            ois = new ObjectInputStream(fis);
            // 强转
            res1 = (String)ois.readObject();
            res2 = (Person)ois.readObject();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(ois!=null) {
                try {
                    ois.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

        System.out.println(res1);
        System.out.println(res2);
    }
}

随机存取文件流

java.io.RandomAccessFile 直接继承于 java.lang.Object，实现了 DataInput 和 DataOutput 接口，既可以作为一个输入流，又可以作为一个输出流，支持随机访问，也就是可以直接跳到文件的任意位置进行读写操作
RandomAccessFile 作为输出流时，目标文件如果不存在，则在执行过程中自动创建，如果目标文件存在，则会对原文件内容进行覆盖（默认情况下，从头开始覆盖）
RandomAccessFile 对象包含一个记录指针，用以标示当前读写位置

// 获取文件记录指针的当前位置
long getFilePointer()

// 将文件记录指针移动到 pos 位置
void seek(long pos)

构造器，注意创建对象时需要指定mode，即访问模式
- r：以只读方式打开，如果要读的文件不存在不会创建，而是报异常
- rw：以读写方式打开，如果目标文件不存在，则创建文件
- rwd：以读写方式打开，同步文件内容的更新
- rws：以读写方式打开，同步文件内容和元数据的更新

public RandomAccessFile(File file,String mode)
public RandomAccessFile(String name,String mode)

实现文件的复制

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;

public class RandomAccessFileTest {
    public static void main(String[] args) {
        File file1 = new File("RandomAccessFileTest/视频1.mp4");
        File file2 = new File("RandomAccessFileTest/视频2.mp4");
        RandomAccessFile raf1 = null;
        RandomAccessFile raf2 = null;
        try {
            raf1 = new RandomAccessFile(file1,"r");
            raf2 = new RandomAccessFile(file2,"rw");
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while((len=raf1.read(buffer))!=-1) {
                raf2.write(buffer,0,len);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(raf1!=null) {
                try {
                    raf1.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(raf2!=null) {
                try {
                    raf2.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

使用文件位置指针实现插入操作

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;

public class RandomAccessFileTest {
    public static void main(String[] args) {
        File file = new File("hello.txt");
        RandomAccessFile raf = null;
        try {
            raf = new RandomAccessFile(file,"rw");
            StringBuilder str = new StringBuilder("hello,world!");
            raf.write(str.toString().getBytes());
            raf.seek(6);
            raf.writeBytes(str.toString());
            System.out.println(raf.getFilePointer()); // 18
            raf.seek(0);
            str = new StringBuilder(raf.readLine()); // hello,hello,world!
            System.out.println(str);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(raf!=null) {
                try {
                    raf.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}