同步IO(Java)

Posted 2020-12-12 Tanglement

File对象

• Java的标准库java.io提供了File对象来操作文件和目录
• File f = new Flie("C:Windosa.txt")
• 注意在字符串中表示一个
• 用.表示当前目录，用..表示上级目录
• getPath()返回构造方法传入的路径，getAbsolutePath()，返回绝对路径，一种是getCanonicalPath，它和绝对路径类似，但是返回的是规范路径
• 构造一个File对象，并不会导致任何磁盘操作。只有当我们调用File对象的某些方法的时候，才真正进行磁盘操作

import java.io.*;
public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        File f1 = new File("C:\Windows");
        File f2 = new File("C:\Windows\notepad.exe");
        File f3 = new File("C:\Windows\nothing");
        System.out.println(f1.isFile());
        System.out.println(f1.isDirectory());
        System.out.println(f2.isFile());
        System.out.println(f2.isDirectory());
        System.out.println(f3.isFile());
        System.out.println(f3.isDirectory());
    }
}

• 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。
• File表示文件，可以创建和删除文件。表示目录时，也可以创建和删除目录
• 可以使用list()和listFiles()列出目录下的文件和子目录名

InputStream

• 这是Java提供的最基本的输入流
• InputSteam并不是一个接口，而是一个抽象类。他是所有输入流的超类，这个抽象类的一个重要方法 Int read()
• FileInputStream是InputStream的一个子类。顾名思义，FileInputStream就是从文件流中读取数据。下面的代码演示了如何完整地读取一个FileInputStream的所有字节：

public void readFile() throws IOException {
    // 创建一个FileInputStream对象:
    InputStream input = new FileInputStream("src/readme.txt");
    for (;;) {
        int n = input.read(); // 反复调用read()方法，直到返回-1
        if (n == -1) {
            break;
        }
        System.out.println(n); // 打印byte的值
    }
    input.close(); // 关闭流
}

• 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
• 如果读取过程中发生了IO错误，InputStream就没法正确地关闭，资源也就没法及时释放
• 因此，我们需要用try ... finally来保证InputStream在无论是否发生IO错误的时候都能够正确地关闭：
• 利用缓冲区一次性读取多个字节，效率高
• 读取多个字节时，需要先定义一个byte[]数组作为缓冲区，read()方法会尽可能多地读取字节到缓冲区， 但不会超过缓冲区的大小。read()方法的返回值不再是字节的int值，而是返回实际读取了多少个字节。如果返回-1，表示没有更多的数据了

public void readFile() throws IOException {
    try (InputStream input = new FileInputStream("src/readme.txt")) {
        // 定义1000个字节大小的缓冲区:
        byte[] buffer = new byte[1000];
        int n;
        while ((n = input.read(buffer)) != -1) { // 读取到缓冲区
            System.out.println("read " + n + " bytes.");
        }
    }
}

OutputStream

• OutputSteam也是抽象类，是所有输出流的超类
• 因为向磁盘、网络写入数据的时候，出于效率的考虑，操作系统并不是输出一个字节就立刻写入到文件或者发送到网络，而是把输出的字节先放到内存的一个缓冲区里（本质上就是一个byte[]数组），等到缓冲区写满了，再一次性写入文件或者网络。对于很多IO设备来说，一次写一个字节和一次写1000个字节，花费的时间几乎是完全一样的，所以OutputStream有个flush()方法，能强制把缓冲区内容输出。
• 通常情况下，我们不需要调用这个flush()方法，因为缓冲区写满了OutputSteam会自动调用。

public void writeFile() throws IOException {
    OutputStream output = new FileOutputStream("out/readme.txt");
    output.write("Hello".getBytes("UTF-8")); // Hello
    output.close();
}

Filter模式

• ServletInputStream：从HTTP请求读取数据，是最终数据源；
• Socket.getInputStream()：从TCP连接读取数据，是最终数据源；
• 通过一个“基础”组件再叠加各种“附加”功能组件的模式，称之为Filter模式（或者装饰器模式：Decorator）。它可以让我们通过少量的类来实现各种功能的组合
• 下面的例子演示了如何编写一个CountInputStream，它的作用是对输入的字节进行计数：

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        byte[] data = "hello, world!".getBytes("UTF-8");
        try (CountInputStream input = new CountInputStream(new ByteArrayInputStream(data))) {
            int n;
            while ((n = input.read()) != -1) {
                System.out.println((char)n);
            }
            System.out.println("Total read " + input.getBytesRead() + " bytes");
        }
    }
}

class CountInputStream extends FilterInputStream {
    private int count = 0;

    CountInputStream(InputStream in) {
        super(in);
    }

    public int getBytesRead() {
        return this.count;
    }

    public int read() throws IOException {
        int n = in.read();
        if (n != -1) {
            this.count ++;
        }
        return n;
    }

    public int read(byte[] b, int off, int len) throws IOException {
        int n = in.read(b, off, len);
        this.count += n;
        return n;
    }
}

操作zip

• 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，我们就用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) {
                ...
            }
        }
    }
}

• ZipOutputStream是一种FilterOutputStream，它可以直接写入内容到zip包。我们要先创建一个ZipOutputStream，通常是包装一个FileOutputStream，然后，每写入一个文件前，先调用putNextEntry()，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。

读取classpath资源

• 把资源存储在classpath中可以避免文件路径依赖；
• Class对象的getResourceAsStream()可以从classpath中读取指定资源；

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。
• 为什么要把Java对象序列化呢？因为序列化后可以把byte[]保存到文件中，或者把byte[]通过网络传输到远程，这样，就相当于把Java对象存储到文件或者通过网络传输出去了
• 有序列化，就有反序列化，即把一个二进制内容（也就是byte[]数组）变回Java对象。有了反序列化，保存到文件中的byte[]数组又可以“变回”Java对象，或者从网络上读取byte[]并把它“变回”Java对象
• Serializable接口没有定义任何方法，它是一个空接口。我们把这样的空接口称为“标记接口”（Marker Interface），实现了标记接口的类仅仅是给自身贴了个“标记”，并没有增加任何方法。

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ByteArrayOutputStream buffer = new ByteArrayOutputStream();
        try (ObjectOutputStream output = new ObjectOutputStream(buffer)) {
            // 写入int:
            output.writeInt(12345);
            // 写入String:
            output.writeUTF("Hello");
            // 写入Object:
            output.writeObject(Double.valueOf(123.456));
        }
        System.out.println(Arrays.toString(buffer.toByteArray()));
    }
}

• 和ObjectOutputStream相反，ObjectInputStream负责从一个字节流读取Java对象

Reader

• Reader是Java的IO库提供的另一个输入流接口。和InputStream的区别是，InputStream是一个字节流，即以byte为单位读取，而Reader是一个字符流，即以char为单位读取
• 这个方法读取字符流的下一个字符，并返回字符表示的int，范围是0~65535。如果已读到末尾，返回-1
• FileReader是Reader的一个子类，它可以打开文件并获取Reader。下面的代码演示了如何完整地读取一个FileReader的所有字符

public void readFile() throws IOException {
    // 创建一个FileReader对象:
    Reader reader = new FileReader("src/readme.txt"); // 字符编码是???
    for (;;) {
        int n = reader.read(); // 反复调用read()方法，直到返回-1
        if (n == -1) {
            break;
        }
        System.out.println((char)n); // 打印char
    }
    reader.close(); // 关闭流
}

• 如果我们读取一个纯ASCII编码的文本文件，上述代码工作是没有问题的。但如果文件中包含中文，就会出现乱码，因为FileReader默认的编码与系统相关，例如，Windows系统的默认编码可能是GBK，打开一个UTF-8编码的文本文件就会出现乱码。
• 要避免乱码问题，我们需要在创建FileReader时指定编码：
• Reader reader = new FileReader("src/readme.txt", StandardCharsets.UTF_8);

Writer

• Reader是带编码转换器的InputStream，它把byte转换为char，而Writer就是带编码转换器的OutputStream，它把char转换为byte并输出。

PrintStream和PrintWrite

• 我们经常使用的System.out.println()实际上就是使用PrintStream打印各种数据。其中，System.out是系统默认提供的PrintStream，表示标准输出
• PrintStream最终输出的总是byte数据，而PrintWriter则是扩展了Writer接口，它的print()/println()方法最终输出的是char数据。两者的使用方法几乎是一模一样的