java.IO層次體系結構

時間  2019-11-29
標籤 java.io java 層次 體系 結構 欄目 Java 简体版
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在整個Java.io包中最重要的就是5個類和一個接口。java

5個類指的是數組

  • File
  • OutputStream
  • InputStream
  • Writer
  • Reader

一個接口指的是緩存

  • Serializable

掌握了這些IO的核心操做那麼對於Java中的IO體系也就有了一個初步的認識了安全

Java I/O主要包括以下幾個層次，包含三個部分：網絡

   1.流式部分――IO的主體部分；dom

   2.非流式部分――主要包含一些輔助流式部分的類，如：File類、RandomAccessFile類和FileDescriptor等類；ide

   3.其餘類--文件讀取部分的與安全相關的類，如：SerializablePermission類，以及與本地操做系統相關的文件系統的類，如：FileSystem類和Win32FileSystem類和WinNTFileSystem類。函數

Java I/O主要的類

     1. File（文件特徵與管理）：用於文件或者目錄的描述信息，例如生成新目錄，修改文件名，刪除文件，判斷文件所在路徑等。測試

     2. InputStream（二進制格式操做）：抽象類，基於字節的輸入操做，是全部輸入流的父類。定義了全部輸入流都具備的共同特徵。編碼

     3. OutputStream（二進制格式操做）：抽象類。基於字節的輸出操做。是全部輸出流的父類。定義了全部輸出流都具備的共同特徵。

         Java中字符是採用Unicode標準，一個字符是16位，即一個字符使用兩個字節來表示。爲此，JAVA中引入了處理字符的流。

     4. Reader（文件格式操做）：抽象類，基於字符的輸入操做。

     5. Writer（文件格式操做）：抽象類，基於字符的輸出操做。

     6. RandomAccessFile（隨機文件操做）：它的功能豐富，能夠從文件的任意位置進行存取（輸入輸出）操做。

Java.IO流類庫

1. io流的四個基本類

java.io包中包含了流式I/O所須要的全部類。

在java.io包中有四個基本類：

  • InputStream
  • OutputStream
  • Reader
  • Writer類

它們分別處理字節流和字符流

字節流 字符流  輸入流   輸出流
Inputstream      Reader OutputStream Writer

Java中其餘多種多樣變化的流均是由它們派生出來的:

JDK1.4版本開始引入了新I/O類庫，它位於java.nio包中，新I/O類庫利用通道和緩衝區等來提升I/O操做的效率。

在java.io包中， java.io.InputStream 表示字節輸入流， java.io.OutputStream表示字節輸出流，處於java.io包最頂層。這兩個類均爲抽象類，也就是說它們不能被實例化，必須生成子類以後才能實現必定的功能。

io流幾種分類

第一種：按I/O類型來整體分類

     1. Memory 1）從/向內存數組讀寫數據: CharArrayReader、 CharArrayWriter、ByteArrayInputStream、ByteArrayOutputStream
                        2）從/向內存字符串讀寫數據 StringReader、StringWriter、StringBufferInputStream
     2. Pipe管道  實現管道的輸入和輸出（進程間通訊）: PipedReader、PipedWriter、PipedInputStream、PipedOutputStream
     3. File 文件流。對文件進行讀、寫操做 ：FileReader、FileWriter、FileInputStream、FileOutputStream
     4. ObjectSerialization 對象輸入、輸出 ：ObjectInputStream、ObjectOutputStream
     5. DataConversion數據流 按基本數據類型讀、寫（處理的數據是Java的基本類型（如布爾型，字節，整數和浮點數））：DataInputStream、DataOutputStream
     6. Printing 包含方便的打印方法 ：PrintWriter、PrintStream
     7. Buffering緩衝  在讀入或寫出時，對數據進行緩存，以減小I/O的次數：BufferedReader、BufferedWriter、BufferedInputStream、BufferedOutputStream
     8. Filtering 濾流，在數據進行讀或寫時進行過濾：FilterReader、FilterWriter、FilterInputStream、FilterOutputStream過
     9. Concatenation合併輸入 把多個輸入流鏈接成一個輸入流 ：SequenceInputStream 
    10. Counting計數  在讀入數據時對行記數 ：LineNumberReader、LineNumberInputStream
    11. Peeking Ahead 經過緩存機制，進行預讀 ：PushbackReader、PushbackInputStream
    12. Converting between Bytes and Characters 按照必定的編碼/解碼標準將字節流轉換爲字符流，或進行反向轉換（Stream到Reader,Writer的轉換類）：InputStreamReader、OutputStreamWriter

第二種：按數據來源（去向）分類
    一、File（文件）： FileInputStream, FileOutputStream, FileReader, FileWriter 
    二、byte[]：ByteArrayInputStream, ByteArrayOutputStream 
    三、Char[]: CharArrayReader, CharArrayWriter 
    四、String: StringBufferInputStream, StringReader, StringWriter 
    五、網絡數據流：InputStream, OutputStream, Reader, Writer 

    6. 字節流 InputStream/OutputStream

Java中IO流的體系結構如圖：

 非流式文件類--File類

在Java語言的java.io包中，由File類提供了描述文件和目錄的操做與管理方法。但File類不是InputStream、OutputStream或Reader、Writer的子類，由於它不負責數據的輸入輸出，而專門用來管理磁盤文件與目錄。
做用：File類主要用於命名文件、查詢文件屬性和處理文件目錄。

代碼以下:               

public class File extends Object implements Serializable,Comparable  
{}

File類共提供了三個不一樣的構造函數，以不一樣的參數形式靈活地接收文件和目錄名信息。

構造函數：
1）File (String   pathname)   

      例: File  f1 = new File("FileTest1.txt");  //建立文件對象f1，f1所指的文件是在當前目錄下建立的FileTest1.txt
2）File (String  parent  ,  String child)
     例: File f2 = new  File(「D:\\dir1","FileTest2.txt") ; //  注意：D:\\dir1目錄事先必須存在，不然異常
3）File (File    parent  , String child)
      例: File  f4 = new File("\\dir3");
          File  f5 = new File(f4,"FileTest5.txt");  
         //在若是 \\dir3目錄不存在使用f4.mkdir()先建立一個對應於某磁盤文件或目錄的File對象一經建立， 就能夠經過調用它的方法來得到文件或目錄的屬性。    
       1）public boolean exists( ) 判斷文件或目錄是否存在
       2）public boolean isFile( ) 判斷是文件仍是目錄 
       3）public boolean isDirectory( ) 判斷是文件仍是目錄
       4）public String getName( ) 返回文件名或目錄名
       5）public String getPath( ) 返回文件或目錄的路徑。
       6）public long length( ) 獲取文件的長度 
       7）public String[ ] list ( ) 將目錄中全部文件名保存在字符串數組中返回。 
 
File類中還定義了一些對文件或目錄進行管理、操做的方法，經常使用的方法有：
       1） public boolean renameTo( File newFile );    重命名文件
       2） public void delete( );   刪除文件
       3） public boolean mkdir( ); 建立目錄
例子： 
import java.io.File;  
import java.io.IOException;  
public class TestFile {  
    public static void main(String args[]) throws IOException {  
        File dir = new File("\\root");  
        File f1 = new File(dir, "fileOne.txt");  
        File f2 = new File(dir, "fileTwo.java");  
        // 文件對象建立後，指定的文件或目錄不必定物理上存在   
        if (!dir.exists())  
            dir.mkdir();  
        if (!f1.exists())  
            f1.createNewFile();  
        if (!f2.exists())  
            f2.createNewFile();  
        System.out.println("f1's AbsolutePath=  " + f1.getAbsolutePath());  
        System.out.println("f1 Canread=" + f1.canRead());  
        System.out.println("f1's len= " + f1.length());  
        String[] FL;  
        int count = 0;  
        FL = dir.list();  
        for (int i = 0; i < FL.length; i++) {  
            count++;  
            System.out.println(FL[i] + "is in \\root");  
        }  
        System.out.println("there are" + count + "file in //root");  
    } 
}
說明：File類的方法:
(1) exists()測試磁盤中指定的文件或目錄是否存在
(2) mkdir()建立文件對象指定的目錄（單層目錄）
(3) createNewFile()建立文件對象指定的文件
(4) list()返回目錄中全部文件名字符串

文件字節流的操做

1. InputStream抽象類 

      InputStream 爲字節輸入流，它自己爲一個抽象類，必須依靠其子類實現各類功能，此抽象類是表示字節輸入流的全部類的超類。 繼承自InputStream  的流都是向程序中輸入數據的，且數據單位爲字節（8bit）；

InputStream是輸入字節數據用的類，因此InputStream類提供了3種重載的read方法.Inputstream類中的經常使用方法： 
　　（1） public abstract int read( )：讀取一個byte的數據，返回值是高位補0的int類型值。若返回值=-1說明沒有讀取到任何字節讀取工做結束。
　　（2） public int read(byte b[ ])：讀取b.length個字節的數據放到b數組中。返回值是讀取的字節數。該方法其實是調用下一個方法實現的 
　　（3） public int read(byte b[ ], int off, int len)：從輸入流中最多讀取len個字節的數據，存放到偏移量爲off的b數組中。 
　　（4） public int available( )：返回輸入流中能夠讀取的字節數。注意：若輸入阻塞，當前線程將被掛起，若是InputStream對象調用這個方法的話，它只會返回0，這個方法必須由繼承InputStream類的子類對象調用纔有用， 
　　（5） public long skip(long n)：忽略輸入流中的n個字節，返回值是實際忽略的字節數, 跳過一些字節來讀取 
　　（6） public int close( ) ：咱們在使用完後，必須對咱們打開的流進行關閉. 

         主要的子類：   

         1） FileInputStream把一個文件做爲InputStream，實現對文件的讀取操做     
　　  2） ByteArrayInputStream：把內存中的一個緩衝區做爲InputStream使用 
　　  3） StringBufferInputStream：把一個String對象做爲InputStream 
　　  4） PipedInputStream：實現了pipe的概念，主要在線程中使用 
　　  5） SequenceInputStream：把多個InputStream合併爲一個InputStream 

 2．OutputStream 抽象類 　　OutputStream提供了3個write方法來作數據的輸出，這個是和InputStream是相對應的。 
　　1. public void write(byte b[ ])：將參數b中的字節寫到輸出流。 
　　2. public void write(byte b[ ], int off, int len) ：將參數b的從偏移量off開始的len個字節寫到輸出流。 
　　3. public abstract void write(int b) ：先將int轉換爲byte類型，把低字節寫入到輸出流中。 
　　4. public void flush( ) : 將數據緩衝區中數據所有輸出，並清空緩衝區。 
　　5. public void close( ) : 關閉輸出流並釋放與流相關的系統資源。 

       主要的子類：       

      1) ByteArrayOutputStream：把信息存入內存中的一個緩衝區中 
      2) FileOutputStream：把信息存入文件中 
      3) PipedOutputStream：實現了pipe的概念，主要在線程中使用 
      4) SequenceOutputStream：把多個OutStream合併爲一個OutStream 

流結束的判斷：方法read()的返回值爲-1時；readLine()的返回值爲null時。

3. 文件輸入流： FileInputStream類

 FileInputStream可使用read()方法一次讀入一個字節，並以int類型返回，或者是使用read()方法時讀入至一個byte數組，byte數組的元素有多少個，就讀入多少個字節。在將整個文件讀取完成或寫入完畢的過程當中，這麼一個byte數組一般被看成緩衝區，由於這麼一個byte數組一般扮演承接數據的中間角色。


做用：以文件做爲數據輸入源的數據流。或者說是打開文件，從文件讀數據到內存的類。
使用方法(1)     
   File  fin=new File("d:/abc.txt"); 
  FileInputStream in=new FileInputStream( fin);

使用方法(2)

 FileInputStream  in=new  FileInputStream(「d: /abc.txt」);

程序舉例：
將InputFromFile.java的程序的內容顯示在顯示器上

代碼以下: 
import java.io.IOException;  
import java.io.FileInputStream;  

public class TestFile {  
    public static void main(String args[]) throws IOException {  
        try{      
               FileInputStream rf=new   FileInputStream("InputFromFile.java");  
               int n=512;   byte  buffer[]=new  byte[n];     
               while((rf.read(buffer,0,n)!=-1)&&(n>0)){  
                   System.out.println(new String(buffer) );  
                }  
                System.out.println();  
                rf.close();  
        } catch(IOException  IOe){        
              System.out.println(IOe.toString());  
        }  

    }  

}
4.文件輸出流:FileOutputStream類　  
做用：用來處理以文件做爲數據輸出目的數據流；或者說是從內存區讀數據入文件

 FileOutputStream類用來處理以文件做爲數據輸出目的數據流；一個表示文件名的字符串，也能夠是File或FileDescriptor對象。 
建立一個文件流對象有兩種方法： 
方式1： 

File f=new  File (「d:/myjava/write.txt ");
FileOutputStream  out= new FileOutputStream (f);

方式2： 

FileOutputStream out=new FileOutputStream(「d:/myjava/write.txt ");

方式3：構造函數將 FileDescriptor()對象做爲其參數。 

FileDescriptor() fd=new FileDescriptor(); 
FileOutputStream f2=new FileOutputStream(fd);

方式4：構造函數將文件名做爲其第一參數，將布爾值做爲第二參數。 

FileOutputStream f=new FileOutputStream("d:/abc.txt",true);

注意：（1）文件中寫數據時，若文件已經存在，則覆蓋存在的文件；（2）的讀/寫操做結束時，應調用close方法關閉流。 

程序舉例：使用鍵盤輸入一段文章，將文章保存在文件write.txt中
代碼以下: 
import java.io.IOException;  
import java.io.FileOutputStream;  
public class TestFile {  
    public static void main(String args[]) throws IOException {  
        try {  
            System.out.println("please Input from      Keyboard");  
            int count, n = 512;  
            byte buffer[] = new byte[n];  
            count = System.in.read(buffer);  
            FileOutputStream wf = new FileOutputStream("d:/myjava/write.txt");  
            wf.write(buffer, 0, count);  
            wf.close(); // 當流寫操做結束時，調用close方法關閉流。   
            System.out.println("Save to the write.txt");  
        } catch (IOException IOe) {  
            System.out.println("File Write Error!");  
        }  
    }  

}
5. FileInputStream流和FileOutputStream的應用
利用程序將文件file1.txt 拷貝到file2.txt中。
代碼以下: 
import java.io.File;  
import java.io.IOException;  
import java.io.FileOutputStream;  
import java.io.FileInputStream;  

public class TestFile {  
    public static void main(String args[]) throws IOException {  
        try {  
            File inFile = new File("copy.java");  
            File outFile = new File("copy2.java");  
            FileInputStream finS = new FileInputStream(inFile);  
            FileOutputStream foutS = new FileOutputStream(outFile);  
            int c;  
            while ((c = finS.read()) != -1) {  
                foutS.write(c);  
            }  
            finS.close();  
            foutS.close();  
        } catch (IOException e) {  
            System.err.println("FileStreamsTest: " + e);  
        }  
    }  

}

6. 緩衝輸入輸出流 BufferedInputStream/ BufferedOutputStream   

計算機訪問外部設備很是耗時。訪問外存的頻率越高，形成CPU閒置的機率就越大。爲了減小訪問外存的次數，應該在一次對外設的訪問中，讀寫更多的數據。爲此，除了程序和流節點間交換數據必需的讀寫機制外，還應該增長緩衝機制。緩衝流就是每個數據流分配一個緩衝區，一個緩衝區就是一個臨時存儲數據的內存。這樣能夠減小訪問硬盤的次數,提升傳輸效率。

BufferedInputStream:當向緩衝流寫入數據時候，數據先寫到緩衝區，待緩衝區寫滿後，系統一次性將數據發送給輸出設備。

BufferedOutputStream :當從向緩衝流讀取數據時候，系統先從緩衝區讀出數據，待緩衝區爲空時，系統再從輸入設備讀取數據到緩衝區。

1）將文件讀入內存：

將BufferedInputStream與FileInputStream相接

FileInputStream in=new  FileInputStream( 「file1.txt 」 );
BufferedInputStream bin=new  BufferedInputStream( in);

2）將內存寫入文件：

將BufferedOutputStream與 FileOutputStream相接】

FileOutputStreamout=new FileOutputStream(「file1.txt」);
BufferedOutputStream  bin=new BufferedInputStream(out);

3）鍵盤輸入流讀到內存
將BufferedReader與標準的數據流相接 、 
InputStreamReader sin=new InputStreamReader (System.in) ；
BufferedReader bin=new   BufferedReader(sin);
代碼以下: 
import java.io.*;  

public class ReadWriteToFile {  
    public static void main(String args[]) throws IOException {  
        InputStreamReader sin = new InputStreamReader(System.in);  
        BufferedReader bin = new BufferedReader(sin);  
        FileWriter out = new FileWriter("myfile.txt");  
        BufferedWriter bout = new BufferedWriter(out);  
        String s;  
        while ((s = bin.readLine()).length() > 0) {  
            bout.write(s, 0, s.length());  
        }  

    }  
}
程序說明：
從鍵盤讀入字符，並寫入到文件中BufferedReader類的方法：String readLine()
做用：讀一行字符串，以回車符爲結束。
BufferedWriter類的方法：bout.write(String s,offset,len)
做用：從緩衝區將字符串s從offset開始，len長度的字符串寫到某處。

文件字符流操做

Java中字符是採用Unicode標準，一個字符是16位，即一個字符使用兩個字節來表示。爲此，JAVA中引入了處理字符的流。

1）. Reader抽象類

    用於讀取字符流的抽象類。子類必須實現的方法只有 read(char[], int, int) 和 close()。可是，多數子類將重寫此處定義的一些方法，以提供更高的效率和/或其餘功能。  

1) FileReader :與FileInputStream對應 
主要用來讀取字符文件，使用缺省的字符編碼，有三種構造函數： 
(1）將文件名做爲字符串 ：

FileReader f=new FileReader(「c:/temp.txt」);

(2）構造函數將File對象做爲其參數。 

File f=new file(「c:/temp.txt」); 
FileReader f1=new FileReader(f);

(3) 構造函數將FileDescriptor對象做爲參數 

FileDescriptor() fd=new FileDescriptor() 
FileReader f2=new FileReader(fd);

(1) 用指定字符數組做爲參數：CharArrayReader(char[]) 
(2) 將字符數組做爲輸入流:CharArrayReader(char[], int, int) 
讀取字符串，構造函數以下： public StringReader(String s); 
2) CharArrayReader：與ByteArrayInputStream對應 
3) StringReader : 與StringBufferInputStream對應 
4) InputStreamReader 
從輸入流讀取字節，在將它們轉換成字符:Public inputstreamReader(inputstream is); 
5) FilterReader: 容許過濾字符流 
protected filterReader(Reader r); 
6) BufferReader :接受Reader對象做爲參數，並對其添加字符緩衝器，使用readline()方法能夠讀取一行。 
Public BufferReader(Reader r);       
主要方法：

      (1)  public int read() throws IOException; //讀取一個字符，返回值爲讀取的字符 

　　(2)  public int read(char cbuf[]) throws IOException; /*讀取一系列字符到數組cbuf[]中，返回值爲實際讀取的字符的數量*/ 
　　(3)  public abstract int read(char cbuf[],int off,int len) throws IOException; 
　　/*讀取len個字符，從數組cbuf[]的下標off處開始存放，返回值爲實際讀取的字符數量，該方法必須由子類實現*/ 

2） Writer抽象類

     寫入字符流的抽象類。子類必須實現的方法僅有 write(char[], int, int)、flush() 和 close()。可是，多數子類將重寫此處定義的一些方法，以提供更高的效率和/或其餘功能。 其子類以下：

      1） FileWrite: 與FileOutputStream對應  
　　將字符類型數據寫入文件，使用缺省字符編碼和緩衝器大小。 
　　Public FileWrite(file f); 
　　2)  chararrayWrite:與ByteArrayOutputStream對應 ,將字符緩衝器用做輸出。 
　　    Public CharArrayWrite(); 
　　3) PrintWrite:生成格式化輸出 
　　    public PrintWriter(outputstream os); 
　　4) filterWriter:用於寫入過濾字符流 
　　    protected FilterWriter(Writer w); 
　　5) PipedWriter：與PipedOutputStream對應   

      6) StringWriter：無與之對應的以字節爲導向的stream  

      主要方法：

　　(1)  public void write(int c) throws IOException； //將整型值c的低16位寫入輸出流 
　　(2)  public void write(char cbuf[]) throws IOException； //將字符數組cbuf[]寫入輸出流 
　　(3)  public abstract void write(char cbuf[],int off,int len) throws IOException； //將字符數組cbuf[]中的從索引爲off的位置處開始的len個字符寫入輸出流 
　　(4)  public void write(String str) throws IOException； //將字符串str中的字符寫入輸出流 
　　(5)  public void write(String str,int off,int len) throws IOException； //將字符串str 中從索引off開始處的len個字符寫入輸出流 
　　(6)  flush( ) //刷空輸出流，並輸出全部被緩存的字節。 
　　(7)close()    關閉流 public abstract void close() throws IOException

InputStream與Reader差異 OutputStream與Writer差異

InputStream和OutputStream類處理的是字節流，數據流中的最小單位是字節(8個bit)
Reader與Writer處理的是字符流，在處理字符流時涉及了字符編碼的轉換問題
代碼以下: 
import java.io.*;  
public class EncodeTest {  
    private static void readBuff(byte [] buff) throws IOException {  
       ByteArrayInputStream in =new ByteArrayInputStream(buff);  
        int data;  
        while((data=in.read())!=-1)   System.out.print(data+"  ");  
        System.out.println();     in.close();     }  

   public static void main(String args[]) throws IOException {  
       System.out.println("內存中採用unicode字符編碼：" );  
       char   c='好';  
       int lowBit=c&0xFF;     int highBit=(c&0xFF00)>>8;  
       System.out.println(""+lowBit+"   "+highBit);  
       String s="好";  
       System.out.println("本地操做系統默認字符編碼：");  
       readBuff(s.getBytes());  
       System.out.println("採用GBK字符編碼：");  
       readBuff(s.getBytes("GBK"));  
       System.out.println("採用UTF-8字符編碼：");        
       readBuff(s.getBytes("UTF-8"));      }  
}

Reader類可以將輸入流中採用其餘編碼類型的字符轉換爲Unicode字符，而後在內存中爲其分配內存
Writer類可以將內存中的Unicode字符轉換爲其餘編碼類型的字符，再寫到輸出流中。

文件IOException異常類

1.public class  EOFException ：   非正常到達文件尾或輸入流尾時，拋出這種類型的異常。2.public class FileNotFoundException：   當文件找不到時，拋出的異常。3.public class InterruptedIOException：   當I/O操做被中斷時，拋出這種類型的異常。

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