Java IO知识体系详解

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目录

一、Java  IO框架之知识体系

二、Java IO分类(传输,操作)

1、IO理解分类-从传输方式上

2、IO理解分类 - 从数据操作上

三、Java IO-常见类的使用

1、File相关

2、字节流相关

3、实现逐行输出文本文件的内容

4、序列化 & Serializable & transient

5、Java 中的网络支持:

6、URL

7、Sockets

8、Datagram


一、Java  IO框架之知识体系

创建一个好的I/O系统不是一件容易的事,难度似乎来自于需要覆盖所有的可能性。因为不仅存在各种I/O源端(文件、控制台、网络连接等),还需要以多种不同的方式与这些I/O源端(顺序、随机、缓冲、二进制、按字符、按行、按字)进行通信。Java类库的设计者通过创建大量的类来解决这个问题。

 最全源码详细解读io流: Java8 I/O源码-目录_潘威威的博客-CSDN博客

二、Java IO分类(传输,操作)

1、IO理解分类-从传输方式上

从数据传输方式或者说是运输方式角度看,可以将 IO 类分为:字节流和字符流

字节流(整体结构如下,部分派生类有缺失)

 字符流(整体结构如下,部分派生类有缺失)

字节流和字符流的区别

  • 字节流读取单个字节,字符流读取单个字符(一个字符根据编码的不同,对应的字节也不同,如 UTF-8 编码中文汉字是 3 个字节,GBK编码中文汉字是 2 个字节。)
  • 字节流用来处理二进制文件(图片、MP3、视频文件),字符流用来处理文本文件(可以看做是特殊的二进制文件,使用了某种编码,人可以阅读)。

字节转字符 Input/OutputStreamReader/Writer

编码就是把字符转换为字节,而解码是把字节重新组合成字符。如果编码和解码过程使用不同的编码方式那么就出现了乱码。
  • GBK 编码中,中文字符占 2 个字节,英文字符占 1 个字节;
  • UTF-8 编码中,中文字符占 3 个字节,英文字符占 1 个字节;
  • UTF-16be 编码中,中文字符和英文字符都占 2 个字节。
UTF-16be 中的 be 指的是 Big Endian,也就是大端。相应地也有 UTF-16le,le 指的是 Little Endian,也就是小端。Java 使用双字节编码 UTF-16be,这不是指 Java 只支持这一种编码方式,而是说 char 这种类型使用 UTF-16be 进行编码。char 类型占 16 位,也就是两个字节,Java 使用这种双字节编码是为了让一个中文或者一个英文都能使用一个 char 来存储。

2、IO理解分类 - 从数据操作上

从数据来源或者说是操作对象角度看,IO 类可以分为:

 文件(file):FileInputStream、FileOutputStream、FileReader、FileWriter

数组([]):

  • 字节数组(byte[]): ByteArrayInputStream、ByteArrayOutputStream

  • 字符数组(char[]): CharArrayReader、CharArrayWriter

管道操作:PipedInputStream、PipedOutputStream、PipedReader、PipedWriter

基本数据类型:DataInputStream、DataOutputStream

缓冲操作:BufferedInputStream、BufferedOutputStream、BufferedReader、BufferedWriter

打印:PrintStream、PrintWriter

对象序列化反序列化:ObjectInputStream、ObjectOutputStream

转换:InputStreamReader、OutputStreamWriter

三、Java IO-常见类的使用

  • 磁盘操作: File

  • 字节操作: InputStream 和 OutputStream

  • 字符操作: Reader 和 Writer

  • 对象操作: Serializable

  • 网络操作: Socket

1、File相关

File 类可以用于表示文件和目录的信息,但是它不表示文件的内容。递归地列出一个目录下所有文件:

public static void listAllFiles(File dir) 
    if (dir == null || !dir.exists()) 
        return;
    
    if (dir.isFile()) 
        System.out.println(dir.getName());
        return;
    
    for (File file : dir.listFiles()) 
        listAllFiles(file);
    

2、字节流相关

public static void copyFile(String src, String dist) throws IOException 

    FileInputStream in = new FileInputStream(src);
    FileOutputStream out = new FileOutputStream(dist);
    byte[] buffer = new byte[20 * 1024];

    // read() 最多读取 buffer.length 个字节
    // 返回的是实际读取的个数
    // 返回 -1 的时候表示读到 eof,即文件尾
    while (in.read(buffer, 0, buffer.length) != -1) 
        out.write(buffer);
    

    in.close();
    out.close();

3、实现逐行输出文本文件的内容

public static void readFileContent(String filePath) throws IOException 

    FileReader fileReader = new FileReader(filePath);
    BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(fileReader);

    String line;
    while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) 
        System.out.println(line);
    
    // 装饰者模式使得 BufferedReader 组合了一个 Reader 对象
    // 在调用 BufferedReader 的 close() 方法时会去调用 Reader 的 close() 方法
    // 因此只要一个 close() 调用即可
    bufferedReader.close();

4、序列化 & Serializable & transient

序列化就是将一个对象转换成字节序列,方便存储和传输。
  • 序列化: ObjectOutputStream.writeObject()
  • 反序列化: ObjectInputStream.readObject()
不会对静态变量进行序列化,因为序列化只是保存对象的状态,静态变量属于类的状态。 Serializable 序列化的类需要实现 Serializable 接口,它只是一个标准,没有任何方法需要实现,但是如果不去实现它的话而进行序列化,会抛出异常。
public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException 
    A a1 = new A(123, "abc");
    String objectFile = "file/a1";
    ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(objectFile));
    objectOutputStream.writeObject(a1);
    objectOutputStream.close();

    ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream(objectFile));
    A a2 = (A) objectInputStream.readObject();
    objectInputStream.close();
    System.out.println(a2);


private static class A implements Serializable 
    private int x;
    private String y;


    A(int x, String y) 
        this.x = x;
        this.y = y;
    

    @Override
    public String toString() 
        return "x = " + x + "  " + "y = " + y;
    
transient transient 关键字可以使一些属性不会被序列化。 ArrayList 中存储数据的数组 elementData 是用 transient 修饰的,因为这个数组是动态扩展的,并不是所有的空间都被使用,因此就不需要所有的内容都被序列化。通过重写序列化和反序列化方法,使得可以只序列化数组中有内容的那部分数据。
private transient Object[] elementData;

5、Java 中的网络支持:

  • InetAddress: 用于表示网络上的硬件资源,即 IP 地址;
  • URL: 统一资源定位符;
  • Sockets: 使用 TCP 协议实现网络通信;
  • Datagram: 使用 UDP 协议实现网络通信。

InetAddress

没有公有的构造函数,只能通过静态方法来创建实例。
InetAddress.getByName(String host);
InetAddress.getByAddress(byte[] address);

6、URL

可以直接从 URL 中读取字节流数据。
public static void main(String[] args) throws IOException 


    URL url = new URL("http://www.baidu.com");

    /* 字节流 */
    InputStream is = url.openStream();

    /* 字符流 */
    InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is, "utf-8");

    /* 提供缓存功能 */
    BufferedReader br = new BufferedReader(isr);

    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) 
        System.out.println(line);
    

    br.close();

7、Sockets

  • ServerSocket: 服务器端类
  • Socket: 客户端类
  • 服务器和客户端通过 InputStream 和 OutputStream 进行输入输出。

8、Datagram

  • DatagramSocket: 通信类
  • DatagramPacket: 数据包类

     

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