java IO：字节流(InputStream和OutputStream)

Posted 2020-10-19 骏马金龙

数据流分为输入、输出流，无论是输入流还是输出流，都可看作是在源和目标之间架设一根"管道"，这些管道都是单向流动的，要么流入到内存(输入流)，要么从内存流出(输出流)。

应用于java上，输入流和输出流分别为InputStream和OutputStream。输入流用于读取(read)数据，将数据加载到内存(应用程序)，输出流用于写入(write)数据，将数据从内存写入到磁盘中。

数据流可分为字节流和字符流，字节流按字节输入、输出数据，字符流按字符个数输入、输出数据。本文介绍的是字节流。

1.OutputStream类和FileOutputStream类

OutputStream类是字节输出流的超类。它只提供了几个方法，注意这几个方法都会抛出IOExcepiton异常，因此需要捕获或向上抛出：

• close()：关闭输出流，即撤掉管道。
• flush()：将缓存字节数据强制刷到磁盘上。
• write(byte[] b)：将byte数组中的数据写入到输出流。
• write(byte[] b, int off, int len)：将byte数组中从off开始的len个字节写入到此输出流。
• write(int b)：将指定的单个字节写入此输出流。

FileOutputStream类是OutputStream的子类，专门用于操作文件相关的流，例如向文件中写入数据。该类有以下几个构造方法：

　FileOutputStream(File file)：创建一个向指定 File 对象表示的文件中写入数据的文件输出流。 　FileOutputStream(File file, boolean append)：创建一个向指定 File 对象表示的文件中写入数据的文件输出流。 　FileOutputStream(String name)：创建一个向具有指定名称的文件中写入数据的输出文件流。 　FileOutputStream(String name, boolean append)：创建一个向具有指定 name 的文件中写入数据的输出文件流。

例如：创建一个新文件，向其中写入"abcde"。

import java.io.*;

public class OutStr1 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        File tempdir = new File("D:/temp");  //create a tempdir
        if(!tempdir.exists()) {
            tempdir.mkdir();
        }

        File testfile = new File(tempdir,"test.txt");
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(testfile)//在内存和testfile之间架一根名为fos的管道 

        fos.write("abcde".getBytes());  //将字节数组中所有字节(byte[] b,b.length)都写入到管道中
        fos.close();
    }
}

注意：
(1).此处的FileOutputStream()构造方法会创建一个新文件并覆盖旧文件。如果要追加文件，采用FileOutputStream(file,true)构造方法构造字节输出流。
(2).上面的for.write("abcde".getBytes())用的是write(byte[] b)方法，它会将字节数组中b.length个字节即所有字节都写入到输出流中。可以采用write(byte[] b,int off,int len)方法每次写给定位置、长度的字节数据。
(3).无论是构造方法FileOutputStream()，还是write()、close()方法，都会抛出异常，有些是IOException，有些是FileNotFoundException。因此，必须捕获这些异常或向上抛出。

追加写入和换行写入

向文件中追加数据时，采用write(File file,boolean append)方法。

File testfile = new File(tempdir,"test.txt");
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(testfile,true);

byte[] data = "abcde".getBytes();
fos.write(data,0,2);
fos.close();

换行追加时，需要加上换行符，Windows上的换行符为"\r\n"，unix上的换行符为"\n"。如果要保证良好的移植性，可获取系统属性中的换行符并定义为常量。

import java.io.*;

public class OutStr1 {
    private static final String LINE_SEPARATOR = System.getProperty("line.separator"); //newline

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        File tempdir = new File("D:/temp");  //create a tempdir
        if(!tempdir.exists()) {
            tempdir.mkdir();
        }

        File testfile = new File(tempdir,"test.txt");
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(testfile,true);

        String str = LINE_SEPARATOR+"abcde";  //
        fos.write(str.getByte());
        fos.close();
    }
}

2.捕获IO异常的方法

输出流中很多方法都定义了抛出异常，这些异常必须向上抛出或捕获。向上抛出很简单，捕获起来可能比想象中的要复杂一些。

以向某文件写入数据为例，以下是最终的捕获代码，稍后将逐层分析为何要如此捕获。

File file = new File("d:/tempdir/a.txt");
FileOutputStream fos = null;
try {
    fos = new FileOutputStream(file);
    fos.write("abcde".getBytes());
} catch (IOException e) {
    ...
} finally {
    if (fos != null) {
        try {
            fos.close();
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException("xxxx");
        }
    } 
}

向某文件写入数据，大致会包含以下几个过程。

File file = new File("d:/tempdir/a.txt");
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);   //---->(2)
fos.write("abcde".getBytes());        //------------------->(3)
fos.close();      //--------------------------------------->(4)

其中(2)-(4)这三条代码都需要去捕获，如果将它们放在一个try结构中，显然逻辑不合理，例如(2)正常实例化了一个输出流，但(3)异常，这时无法用(4)来关闭流。无论异常发生在何处，close()动作都是应该要执行，因此需要将close()放入finally结构中。

File file = new File("D:/tempdir/a.txt");
try {
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);   //---->(2)
    fos.write("abcde".getBytes());        //------------------->(3)
} catch (IOException e) {
    ...
} finally {
    fos.close();      //--------------------------------------->(4)
}

但这样一来，fos.close()中的fos是不可识别的，因此，考虑将fos定义在try结构的外面。因此：

File file = new File("D:/tempdir/a.txt");
FileOutputStream fos = null;
try {
    fos = new FileOutputStream(file);   //---->(2)
    fos.write("abcde".getBytes());        //-->(3)
} catch (IOException e) {
    ...
} finally {
    fos.close();      //---------------------->(4)
}

如果d:\tempdir\a.txt文件不存在，那么(2)中的fos将指向空的流对象，即空指针异常。再者，finally中的close()也是需要捕获异常的，因此加上判断并对其try...catch，于是：

File file = new File("D:/tempdir/a.txt");
FileOutputStream fos = null;
try {
    fos = new FileOutputStream(file);   //---->(2)
    fos.write("abcde".getBytes());        //-->(3)
} catch (IOException e) {
    ...
} finally {
    if(fos != null) {
        try {
            fos.close();//-------------------->(4)
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException("xxx");
        }
    }
}

3.InputStream类和FileInputStream类

以下是InputStream类提供的方法：

• close()：关闭此输入流并释放与该流关联的所有系统资源。
• mark(int readlimit)：在此输入流中标记当前的位置。
• read()：从输入流中读取数据的下一个字节，返回的是0-255之间的ASCII码，读到文件结尾时返回-1。
• read(byte[] b)：从输入流中读取一定数量的字节存储到缓冲区数组b中，返回读取的字节数，读到文件结尾时返回-1。
• read(byte[] b, int off, int len)：将输入流中最多 len 个数据字节读入 byte 数组，返回读取的字节数，读到文件结尾时返回-1。
• reset()：将此流重新定位到最后一次对此输入流调用 mark 方法时的位置。
• skip(long n)：跳过和丢弃此输入流中数据的 n 个字节。

示例：d:\temp\test.txt文件中的内容为"abcde"，读取该文件。

import java.io.*;

public class InStr1 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        File file = new File("d:/temp/test.txt");
        FileInputStream fis = new FileInputStream(file);

        System.out.println(fis.read());    
        System.out.println((char)fis.read());
        System.out.println((char)fis.read());
        System.out.println((char)fis.read());
        System.out.println((char)fis.read());
        System.out.println(fis.read());
        System.out.println(fis.read());
        fis.close();
    }
}

执行结果为：

97
b
c
d
e
-1
-1

从结果可知：

(1).read()每次读取一个字节并返回0-255之间的数值。可以强制转换为char字符。
(2).每次读取后指针下移一位，直到文件的结尾。
(3).读取文件结束符返回-1，且指针一直停留在结束符位置处，因此后面继续读取还是返回-1。

因此，可以使用如下代码来读取整个文件。

int ch = 0 ;
while ((ch=fis.read())!= -1) {
    System.out.println((char)ch);
}

当文件很大时，这样一个字节一个字节读取的速度必然极慢。因此，需要一次读取多个字节。下面是使用read(byte[] b)一次读取多个字节的代码。

int len = 0;
byte[] buf = new byte[2];
while ((len=fis.read(buf))!=-1) {
    System.out.println(new String(buf,0,len));
}

执行结果为：

ab
cd
e

几个注意点：
(1).read(byte[] b)是从文件中读取b.length个字节存储到字节数组中，第一个字节存储到b[0]，第二个字节存储到b[2]，以此类推，注意存储在字节数组中的每一个字节都是0-255的ASCII码。例如文件中有3个字节abc，字节数组b的长度为5，则b[0]=a,b[1]=b,b[2]=c,b[3]和b[4]不受影响(即仍为初始化值0)，如果字节数组b长度为2，则第一批读取两个字节ab存储到b[0]和b[1]，第二批再读取一个字节c存储到b[0]中，此时字节数组b中存储的内容为cb。
(2).read(b)返回的是读取的字节数，在到达文件末尾时返回-1。

因此，上面的代码读取文件的过程大致为：读取a和b存放到buf[0]和buf[1]中，此时len=2，转换为字符串后打印得到ab，再读取c覆盖buf[0]，读取d覆盖buf[1]，转换为字符串后打印得到cd，最后读取e覆盖到buf[0]，到了文件的末尾，此时buf[1]=d。也就是说到此为止，b数组中存放的仍然有d，但因为String(buf,0,len)是根据len来转换为字符串的，因此d不会被转换。但如果将new String(buf,0,len)改为new String(buf)，将得到abcded。

由此可知，字节数组的长度决定了每次读取的字节数量。通常来说，可以将byte[]的长度设置为1024的整数倍以达到更高的效率，例如设置为4096,8192等都可，但也不应设置过大。

4.复制文件(字节流)

原理：

1.在源文件上架起一根输出流(read)管道。
2.在目标文件上架起一根输入流(write)管道。
3.但注意，这两根管道之间没有任何联系。可以通过中间媒介实现中转。每read()一定数量的字节到内存中，可以将这些字节write到磁盘中。
4.应该使用字节数组作为buffer做缓存，而不应该使用单字节的读取、写入，这样会非常非常慢。

import java.io.*;

public class CopyFile {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // src file and src Stream
        File src = new File("d:/temp/1.avi");
        FileInputStream fis = new FileInputStream(src);

        // dest file and dest Stream
        File dest = new File("d:/temp/1_copy.avi");
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(dest);

        int len = 0;
        byte[] buf = new byte[1024];
        while((len=fis.read(buf)) != -1) {        // read
            fos.write(buf,0,len);              // write
        }
        fis.close();
        fos.close();
    }
}

注：若您觉得这篇文章还不错请点击右下角推荐，您的支持能激发作者更大的写作热情，非常感谢！