Java: I/O（1/3）字節流與字符流的縱向與橫向比較

Summary 總述

java.io包中的類很是繁多，但其實只要歸成4類：InputStream & OutputStream、Reader & Writer，因爲功能和命名上都至關接近，所以只要掌握了其中一種，將會很容易理解其餘3種。

橫向歸類：InputStream & OutputStream（字節流）、Reader & Writer（字符流）.
縱向歸類：InputStream做爲父類，其子類的角色和做用，並以此觸類旁通。

字節流

字節（byte）是計算機中基本數據單位，一切的計算機數據（或「文件」）都是由或多或少的字節組成，所以使用字節流，理論上能夠處理一切計算機數據（文件），包括圖像、音頻、文本等。

然而對於文本數據，因爲存在編碼問題比較麻煩，因此交由字符流處理。

字符流

1char=2byte，字符（char）的表示範圍（2^16）是字節（byte）表示範圍（2^8）的2^8=256倍。專門用於處理文本數據。

歷史

字節流在Java的第一版（jdk 1.0）已經存在，字符流在jdk 1.1中加入，以替代字節流中處理字符的功能。

裝飾者模式

私覺得，提到Java I/O的話，不能不提裝飾者模式。

裝飾者模式就是在一個主體（被裝飾者）的外部使用裝飾類來進行裝飾，對主體的行爲根據不一樣的裝飾者類進行不一樣的修改。單個的裝飾類自根據自身特色對主體的行爲進行部分改進，所以能夠組合多個裝飾類來對主體進行修改（在代碼中表現爲多層裝飾類的嵌套）。

Java的I/O類設計應用了裝飾者模式。單個的流對象主體，例如InputStream的直接子類（Direct Subclasses）中，分別面向文件FileInputStream、內存ByteArrayInputStream、線程PipedInputStream，而InputStream的另外一個直接子類FileterInputStream爲裝飾類（的父類），分別定義了各類具體的裝飾類（如BufferedInputStream、DataInputStream等）。

如圖：

從代碼的角度來看：DataInputStream、BufferedInputStream爲裝飾者，FileInputStream爲主體（被裝飾者）

InputStream in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(new File(src))));

裝飾者模式從抽象的角度來講很容易理解，然而也存在一個很明顯的缺點：裝飾類過多。所以咱們能看到java.io包中那麼多的類。若是沒有理解裝飾者模式，即便有必定經驗的Java developer也會感到混亂。

結論

• 處理非文本數據使用字節流；
• 處理具體的文本數據使用字符流；

例如對於文件複製這樣的操做來講，即便是文本文件的複製，咱們對其具體的內容是什麼並不關心，所以能夠直接使用字節流。但當咱們要從一個文本文件中讀取內容，咱們關心其具體的內容，因此使用字符流。

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Description 詳細內容

篇幅所限，只列出經常使用的類，其他部分可參考Java API手冊。

繼承關係圖

字節流的繼承關係

OutputStream

• OutputStream
  • ByteArrayOutputSteam：將數據輸出到字節數組（byte array）中，也就是內存，不用生成文件；
  • FileOutputStream：將數據輸出到具體的文件；
  • PipedOutputStream：將數據輸出到線程，即經過與PipedInputStream聯合使用，將數據在不一樣的線程之間傳遞；
  • FilterOutputStream：裝飾類的父類
    • BufferedOutputStream：使用了緩衝區，調用flush()纔會清空緩衝區將數據寫入文件。與普通OutputStream相比，因爲不用頻繁地與文件進行I/O數據傳輸（內存與磁盤之間，這將消耗大部分性能），而是在每次調用flush()時一次性地將一塊數據在內存與磁盤中傳輸，所以會性能將獲得提高（有NIO的影子）；
    • DataOutputStream：用於方便地傳輸基礎類型的數據，所以除了傳統的write()外，還有一堆writeInt()、writeDouble、writeBoolean()等；
    • PrintStream：InputStream原本是適合用於非文本的二進制文件（如圖片、聲音文件等），而PrintStream則是在字節流中專門用於打印文本內容；

InputStream

• InputStream
  • ByteArrayInputStream：從內存中讀取數據；
  • FileInputStream：從文件中讀取數據；
  • PipedInputStream：從一個線程中讀取數據，從另外一個線程中輸出(PipedOutputStream)，同一線程下使用者兩個對象可能會形成線程死鎖；
  • SequenceInputStream：將兩個InputStream合併成一個；
  • FilterInputStream：裝飾類的父類；
    • BufferedInputStream：使用了緩衝區，參考BufferedOutputStream；
    • DataInputStream：方便地讀取基本類型的數據，所以除了基礎的read()外，還有一堆readChar()、readDouble()、readInt()等；

字符流的繼承關係

Writer

• BufferedWriter：緩衝區；
• CharArrayWriter：面向內存；
• PipedWriter：面向線程；
• PrintWriter：方便輸出，特別是按格式輸出printf()；
• StringWriter：使用StringBuilder來存放內容；
• OutputStreamWriter：用於字符流與字節流之間的轉換；
  • FileWriter：面向文件
• FilterWriter：裝飾類

Reader

• BufferedReader：緩衝區；
• CharArrayReader：面向內存；
• PipedReader：面向線程；
• InputStreamReader：用於字符流與字節流之間的轉換；
  • FileReader：面向文件
• FilterReader

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Others 其餘

本篇做爲Java I/O系列之一，只分析了字節流和字符流。其餘Java I/O內容如File、RandomAccessFile、System類的I/O支持和重定向、字符編碼、文件壓縮、對象序列化和Scanner等內容會在（2/3）中發表。

NIO部分打算在（3/3）中發表。