Java 中的 I/O 抽象

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了Java 中的 I/O 抽象相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

Table of Contents

  1. 前言
  2. 字节流
    1. 常用实现
  3. 字符流
    1. 常用实现
  4. 缓冲区
  5. 各种字节流
  6. 结语

前言

由于在接触 Java 之前使用的语言是 Python,所以在转到 Java 后对 Java 的 I/O 操作各种不习惯。

研究后发现 Java 的 I/O 模型和 Python 的基本上还是一样的,只是在接口的设计上有些区别,主要是为了符合 OOP 的思想吧。

这篇博客的主要内容便是和 Java I/O 相关的总结。

字节流

和 Python 一样,Java 中最底层的 I/O 接口处理的是 字节序列, 但是和 Python 中的文件对象一把梭不一样,Java 将输入和输出分别抽象为了两个对象。

处理输入流的 InputStream 和处理输出流的 OutputStream.

这两个类都是抽象类,因此具体的和输入输出相关的功能将由它们的子类实现,而它们则提供一些基本的接口:

  • InputStream 提供的部分接口:

    方法 作用
    abstract int read() 读取一个字节,碰到输入流结尾时返回 -1
    int read(byte[] b) 将数据读入提供的字节数组,并返回实际读入的字节数,或者在碰到输入流结尾时返回 -1
    int read(byte[] b, int off, int len) 将数据读入提供的字节数组,并返回实际读入的字节数,或者在碰到输入流结尾时返回 -1,写入的范围由 off 和 len 指定
  • OutputStream 提供的部分接口:

    方法 作用
    abstract void write() 写入一个字节的数据
    void write(byte[] b) 写入一个字节数组的数据
    void write(byte[] b, int off, int len) 写入字节数组的数据,数据范围由 off 和 len 指定
    void flush() 将缓存的数据全部写入目标

可以看到,抽象方法其实只有 read()write(), 其他的方法会调用这两个方法,因此子类只需要提供这两个抽象方法的实现就可以了。

常用实现

Java 中字节流的具体实现很多,但最常用的应该就是和 文件 相关的了,因此在这里将它们列举出来:

  • FileInputStream 的构造方法:

    构造方法 说明
    FileInputStream(FileDescriptor fdObj) 根据指定的文件描述符创建输入流
    FileInputStream(File file) 根据指定的文件对象创建输入流
    FileInputStream(String name) 根据指定的文件名称创建输入流
  • FileOutputStream 的构造方法和 FileInputStream 的基本相同,不同的是多了两个存在布尔标志的构造方法:

    构造方法 说明
    FileOutputStream(File file, boolean append) 根据指定的文件对象创建输出流,布尔标志指定是否追加
    FileOutputStream(String name, boolean append) 根据指定的文件名称创建输出流,布尔标志指定是否追加

在之前学习 C 和 Python 的过程中便了解到 文件描述符 是一个很有用的东西,通过它可以实现一些很有用的功能。

在 Java 中获取文件描述符可以通过调用 FileInputStreamFileOutputStream 对象的 getFD() 方法完成,而标准输入输出的文件描述符则需要通过 FileDescriptor 的静态字段获取。

字符流

通过字节流可以完成很多 I/O 操作,但是如果连文本文件的处理都通过字节流来完成的话就太麻烦了。因此,为了解决这样的问题,
字符流便诞生了。

字符流 是对 字节流 的一层封装,在 Java 中通过 ReaderWriter 这两个抽象类来表示。

和 InputStream 和 OutputStream 一样,具体的功能将由它们的子类实现,而它们则提供一些基本的接口,这里列举出最基本的接口:

  • Reader:

    方法 作用
    int read() 读取单个字符,返回值是该字符的码点,到达流的末尾就返回 -1
  • Writer:

    方法 作用
    void write(int c) 写入单个字符
    void write(String str) 写入字符串
    abstract void flush() 将缓存的数据全部写入目标

需要注意的是,这里的 read() 方法和 write() 都不是抽象方法了,因为这两个方法实际上都是调用内部的 字节流 完成工作,因此,只需要相应的字节流实现基本的功能就足够了。

常用实现

Java 字符流实现中最常用的应该是 InputStreamReaderOutputStreamWriter 了,它们的构造方法如下:

Reader 构造方法 Writer 构造方法 说明
InputStreamReader(InputStream in) OutputStreamWriter(OutputStream out) 根据默认编码创建字符流
InputStreamReader(InputStream in, Charset cs) OutputStreamWriter(OutputStream out, Charset cs) 根据指定字符集创建字符流
InputStreamReader(InputStream in, CharsetDecoder dec) OutputStreamWriter(OutputStream out, CharsetEncoder dec) 根据指定字符集解/编码器创建字符流
InputStreamReader(InputStream in, String charsetName) OutputStreamWriter(OutputStream out, String charsetName) 根据指定字符集名称创建字符流

同时,针对文件操作,Java 提供了这两个类的子类 FileReaderFileWriter, 使用这两个类可以省略手动创建字节流的过程,具体内容可以查看相关文档。

缓冲区

I/O 操作的一个常识:频繁的 I/O 操作的效率是很低的,所以我们加一个缓冲区吧!

Java 中我们可以通过 BufferedInputStreamBufferedOutputStream 为字节流添加缓冲区,通过 BufferedReaderBufferedWriter 为字符流添加缓冲区。

这样一来,一段经典的代码就成型了:

// 字节流 -> 字符流 -> 缓冲区
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream("example.txt")));

很完美是不是!

各种字节流

虽然说最常用的字节流式文件字节流(大概),但是,输入输出的环境是复杂的,处理文件以外,其他的设备如内存、网络等都可能用到输入输出,
而且不同的条件下需要的功能还不一样。

字符流的需求相对来说较为统一,因此一般情况下 InputStreamReaderOutputStreamWriter 完全可以一统天下,但是对于 字节流 来说,Java 提供了各种各样的实现。

尤其是 FilterInputStreamFilterOutputStream 的子类,它们都有以输出/输出流作为参数的构造方法,因此,我们可以将不同的 Filter 组装起来,得到我们想要的功能。

这是除了 字节-字符-缓冲 以外让我觉得最 Beautiful 的设计,能够灵活的适应各种需求。

这些 Filter 的使用可以查看官方文档或者看看《Java 核心技术卷卷二》的 2.1.3 节,这是相当棒的功能。

结语

写完博客回头看,感觉质量有点差……

篇幅太少了,很多东西都没有说清楚,属于适合自己回顾的博客 @[email protected]

另外,很想吐槽的是:作为面向对象的语言,Java 内置的网络库居然没有将 请求响应 这两个对象分开!!!

用起来各种不顺手……

以上是关于Java 中的 I/O 抽象的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

java I/O系统(输入输出流)

Java I/O基础知识

java ------ I/O 读写文件

java ------ I/O 读写文件

Java基础——I/O

详解 Java I/O 与装饰者模式