输入/输出

Posted 2022-12-07 xxMYxx

第15 章 输入/输出

使用输入机制 允许程序记录运行时读取外部数据，（磁盘，关盘等存储介质），用户输入

使用输出允许程序记录运行状态，将程序数据输出到磁盘、关盘等介质

java io流使用了一种装饰设计模式，它将IO流分成底层字节流和上层处理流，其中节点流和底层物理存储节点直接关联，程序在将处理流包装成处理流，从而包装程序使用输入输出流来访问不同节点

15.1 File 类

15.1.1 访问文件和目录

File类可以使用文件路径字符串来创建File实例，该路径可是相对路径也可以是绝对路径

UNIX/Linux/BSD等系统上，如果路径是( / ) 则表明是绝对路径

 

15.2 理解java的IO流

15.2.1 流的分类

1. 输入流和输出流（以内存来划分， 以服务器来划分）

输入流 ：只能从中读取数据不能写入数据

输出流 ：只能想其中写入数据，而不能读取数据

java的输入流主要由InputStream和Reader作为基类

输出流主要是用OutputStream和 Writer作为基类

 

2. 字节流和字符流

字符流主要有InputStream和OutputStream作为基类

字符流主要是Reader 和 Writer 作为基类

 

3. 节点流和处理流

按照流的角色来分，可以分为节点流和处理流

可以从一个特定的IO设备（磁盘、网络）读/写数据的流，称为节点流（低级流）

处理流则用用对一个已经存在的流进行连接或者封装。通过封装后的流来实现数据的读写功能（高级流）

15.2.2 流的概念模型

java把所有的有序数据抽象成流模型，简化了输入输出处理，理解了流的概念模型也就了解两类javaIO

 

JAVA 的处理流模型则体现java输入/输出流的灵活，处理流的功能主要体现在以下两个方面

1.功能的提高：主要增加缓冲的方式来提高输入/输出的效率

2.操作的便捷：处理流可能提供了一系列的便捷方法来一次输入/输出大量流

通过处理流java无需理会输入输出的是磁盘还是网络

 

15.3 字节流和字符流

15.3.1 InputStream 和Reader

InputStream 和Reader是所有输入流的抽象基类，本身不能创建实例来执行输入，但他们分别有一个读取文件的输入流 FileInputStream 和FileReader

 

15.3.2 OutputStream和Write

使用java的IO流执行输出是，不要忘记关闭输出流

1.关闭输出流可以保证流的物理资源被关闭

2.可能还可以将输出流缓存区中的数据flush到物理节点里

 

15.4 输入/输出流体系

15.4.1 处理流的用法

处理流可以隐藏底层设备撒上节点流的差距，并对外提供更加方便的输入/输出方法，让程序员只需关心高级流的操作

使用处理流是的典型思路是  使用处理流来包装节点流，程序通过处理流来执行输入输出的功能，让节点流与底层的I/0设备，文件交换

 

只要流的构造器参数不是一个物理节点而是一个已将存在的流，那么这种流就一定是处理流

 

PrintStream类的输出功能非常强大，通常如果需要输出文本内容，都应该讲输出流包装成PrintStream

使用处理流包装底层的节点流后，只要关闭最上层的处理流即可，系统会自动关闭节点流

 

15.4.2 输入/输出流体系

管道流主要是用来实现线程之间的通信问题

缓存流 可以提高输入输出效率，增加缓冲流功能后需要使用flush（）才可以将缓冲区的内容写入实际的物理节点

15.4.3 转换流

输入输出流体系中还提供了两个转换流，这两个转换流用于实现将字节流转换成字符流

InputStreamReader将字节输入流转换为字符输入流，

OutputStreamWriter 将字节输出流转换成字符输出流

 

java 使用 System.in 代表标准输入，这个标准输入流式 InputStream类的实例，键盘输入的内容都是文本内容可以使用 InputStreamReader将其转换成字符流，普通的Reader读取输入内容时依然不太方便，可以将Reader再次包装成BufferedReader 利用BufferedReader可以一次读取一行内容

 

经常把读取文本内容的输入流包装成BufferedReader,用来方便的读取输入流的文本内容

 

15.4.3 推回输入流

PushbackInputStream 和PushbackReader 流 这两个推回输入流都带有一个推回缓冲区，当程序调用者两个流的 unread（）方法时，系统会把指定数组的内容推回到该缓冲区 ，而推回输入流每次调用read()方法总是先从缓冲区读取，只有完全读取，但read()还没装满时，才会从原输入流读取

默认缓冲区的长度为1

15.5 重定向标准输入输出流

不在使用键盘作为输入，不在使用屏幕作为输入

System类里提供了三个重定向方法

15.6 JAVA 虚拟机读写其他进程的数据

使用Runtime对象的exec()方法可以运行平台上的其他程序，该方法产生一个Process对象， Process对象代表由该java程序启动的java的子进程

子进程读取程序中的数据 使用的是输出流

15.7 RandomAccessFile

RandomAccessFile是java输入输出体系中最丰富的文件内容访问类，它提供了众多方法来访问文件内容，也可以向文件输出数据，与普通的输入输出流不同的是，RandomAccessFile支持随机访问，程序可以直接跳到文件任意地方来读

如果要想文件后追加内容可以使用RandomAccessFile

RandomAccessFile只能读取文件，不能读取其他的io节点

RandomAccessFile对象包含了一个记录指针，用于标记当前读写的位置。

RandomAccessFile不能像文件指定位置插入内容，如果需要插入则可以通过把插入点后的内容输入缓冲区，插入完毕后再将缓冲区内的内容写到文件后面

 

多线程断点的网络下载工具就可以通过RandomAccessFile类来实现

 

15.8 对象系列化

对象系列化的目标是将对象保存在磁盘中，或允许在网络中直接传输对象。对象系列化机制允许吧内存中的java对象转换成平台无关的二进制流 通过网络将这种二进制流传输到另一个网络节点。其他程序一旦获得了这种二进制流，都可以将这种二进制流恢复成原来的java对象

15.8.1 系列化的含义和意义

系列化机制允许将实现系列化的java对象转换为字节系列，这些字节系列可以保存在磁盘上，或通过网络传输，以备以后重新恢复成原来的对象，系列化机制使得对象可以脱离程序的运行而独立存在，

所有可能在网络上传播的对象的类都应该是可系列化的

15.8.2 使用对象流实现系列化

通过实现Serializable接口来实现对象系列化，程序可以通过如下两个步骤来实现对象系列化

1.创建一个ObjectOutputStream 这个输出流是一个处理流

2.调用 ObjectOutputStream对象的writeObject()方法输出可系列化的对象

 

反系列化步骤

1.创建一个ObjectInputStream输入流，这个输入流是一个处理流

2.调用ObjectInputStream对象的readObject() 方法读取流中的对象

 

反序列化读取的仅仅是java对象的数据，不是java类，因此采用反序列化恢复java对象时，必须提供对象所属于的class对象，

 

反系列化机制无需通过构造器来初始化java对象

 

如果使用系列化机制想文件中写入多个java对象，使用反系列机制恢复对象时，必须按实际写的顺序读取

 

当一个可系列化对象有多个父类时，这些父类要么有无参数的构造器要么也是可系列化的

 

15.8.3 对象引用的系列化

如果系列化类引用的对象没有系列化，那么该类也无法系列化

程序系列化算法 如下

1.所有保存在磁盘中的对象都有一个系列化编号

2.当程序试图系列化一个对象时，程序将先检查对象是否已经被系列化过，如果该对象从未被系列化过，系统才会将对象转化为字节系列并输出

3.如果对象已经系列化过，程序将只是直接输出一个系列化编号

 

15.9 NIO

15.9.1  java 新IO

新IO采用内存映射文件的方式来处理输入输出，新IO将文件或文件的一段区域映射到内存中，这样就可以像访问内存一样访问文件了，模拟了操作系统上的虚拟内存的概念，

 

Channel（通道）和Buffer（缓存） 是NIO的两个核心对象，Channel是对传统的输入输出系统的模拟，在NIO系统中国所有数据都需要通过通道传输，与传统的输入输出系统模拟，Channel与传统的InputStream 和OutputStream（面向流输的处理）最大的区别是提供了一个map()方法，通过该方法可以直接将一块数据映射到内存中（面向块的处理）

 

Buffer可以理解为一个容器，本质是一个数组，发送到Channel中的所有对象都必须首先放到Buffer中，从Channel读取数据也必须先放到Buffer中

 

NIO还提供了一个用于将Unicode字符串映射成字节系列以及逆映射操作的Charset类，也提供了用于支持非阻塞式输入输出的Selector 类

 

Buffer中有三个重要的概念 容量 界限 和位置

 

Buffer中有两个重要方法 flip（） 将limit设置为position所在位置，并将position设为0 为从Buffer中取出数据做好准备

clear()  将position置为0，将limit置为capacity

 

put 和get来访问Buffer中的数据时，分为相对和绝对两种

相对 从buffer中的当前position出开始读写，然后将position的值按处理元素的个数增加

绝对 直接根据索引执行Buffer中读取或写入数据 不影响position的值

 

通过allocate（） 方法创建的Buffer对象是普通的Buffer

ByteBuffer还提供了一个allocateDirect（）方法来创建直接Buffer

直接创建Buffer的成本很高，所以只适用于长生存期的buffer

 

15.9.3 使用Channel

Channel类似于传统的流对象，但与传统的流对象有两个主要区别

1. Channel 可以直接将指定文件的部分或者全部直接映射成Buffer

2. 程序不能直接访问Channel中的数据，只能通过Buffer进行交互

 

所有的Channel都不应该直接通过构造器直接创建，而是通过传统的节点InputStream...的getChannel（）方法来获取，

 

Channel中最常用的三类方法是map() read() write() 其中map()方法用于将Channel对应

的部分或者全部数据映射成ByteBuffer  read() write() 用来读取数据

 

15.9.4 字符集和Charset

newDecoder() 代表该Charset 解码器

newEncoder() 代表该Charset 编码器

 

15.9.5 文件锁

文件锁可以有效的阻止多个进程并发修改同一个文件

在NIO中java提供了FileLock来支持文件锁定功能，在FileChannel中提供的lock（）/tryLock()方法可以获得文件锁FileLock对象  

lock() 当试图锁定某一个文件时，如果无法得到文件锁，程序将一直阻塞，

而 try lock() 是尝试锁定文件，它将直接返回而不是阻塞，如果获得文件锁，则返回文件锁，否则返回null

 

文件锁虽然可以用于控制并发访问，但是对于高并发访问的情景，还是推荐使用数据库来保存程序信息

 

文件锁还需要指出的几点

1. 在某一些平台上，文件锁仅是建议性的（即使一个文件不能获得文件锁，它也可以读写）

2. 在某一些平台上，不能同步的锁定一个文件并把它映射到内存中

3. 文件锁是由java虚拟机所持有的，如果两个java程序使用同一个java虚拟机允许，则他们不能对同时同一个文件进行加锁

4. 在某一些平台上关闭FileChannel时，会释放jvm 在该文件中的所有锁

 

15.10 java 7 的NIO.2

java 7对原有的NIO进行了重大的改进，主要有

1. 提供了全面的文件IO和文件系统访问支持

2. 基于异步的Channel 的IO

15.10.1 Path  Paths  Files核心API

15.10.2 使用FileVisitor遍历文件和目录

在以前的java版本中，如果要遍历指定目录下的所有文件和子类目录，只能使用递归进行遍历，但这种方式不仅复杂，而且性能也不高

Files 工具类提供了更方便的方法遍历文件和子目录

 

15.10.3 使用WatchService 监控文件的变化

在java之前的版本如果程序需要监视文件的变化，则可以考虑启动一条后台线程，这条后台线程每隔一段时间去遍历一次指定目录的文件，如果和上次遍历结果不一样就认为发生了变化，但这种方式不仅十分繁琐，而且性能也不高