java IO流學習分享

從剛接觸Java程式設計開始，JavaIO流在我的心中就始終如潘多拉魔盒那般，神祕而強大。但自己卻始終提不起勇氣去一探這個盒子當中的奧祕。直到最近一個專案要用到非同步IO和圖片讀寫，並要求給新員工培訓（領導施壓之下，典型的說著不走，打著才走的型別！），萬般無奈之下，才終於鼓起了勇氣去探索了這個神祕魔盒中蘊藏的寶藏。在這裡，本人就將探索寶藏的血淚史和大家做一個分享,希望對大家理解Java IO流能有所幫助！ 首先，在瞭解具體Java IO 之前，一直困惑我的一個問題是：什麼是流？它是幹嘛用的？為了搞清這個問題，我翻閱了大量的圖書，在這裡就簡單的說下自己從書裡得到的對流的感悟（特別宣告，真沒有賣弄的意思，很長一段時間，我真不知道流是幹什麼的！歡迎大家拍磚）！

流是Java抽象出來的一個概念，具體的說就是對 [輸入/輸出] 裝置的抽象（大家知道在計算機中,資料一般會存在於三個地方：記憶體、網路、磁碟，三者都所屬於不同的硬體裝置：記憶體條、網路卡、磁碟）。對於不同的硬體裝置，作業系統提供的系統讀取寫入呼叫API是不同的，但 [輸入/輸出] 這個操作基本是相同的（好比不同關聯式資料庫中連結地址字首名稱是不相同的，可是運算元據庫的sql語句都是相同的一樣）。於是Java程式中，對於資料的 [輸入/輸出] 操作都是以“流”這種抽象的方式進行（這也是遵循了物件導向的程式設計思想）。裝置可以是檔案，網路，記憶體等。簡而言之，就是把 [輸入/輸出] 不同裝置資料的操作步驟抽象成了“流”這個概念。

好了，費了大把的力氣搞懂了“流”這個抽象概念，接下來我們來了解一下，最常見的一種操作，要讀取或往磁碟檔案中寫入資料，第一步就是要訪問磁碟檔案。為了完成這個操作，java專門提供了一個File檔案類。顧名思義，這個類可以用來建立、判斷某個路徑檔案是否存在等常見的一些檔案操作。用法如下所示：

File file = new File(path);  //path為目錄路徑
String[] list = file.list(); //列出目錄下所有檔名

注意：這個類雖然很有用，但是違背了Java (once write run anywhere)的口號，因為在類unix系統的path和windows系統的path絕對路徑格式顯然是不一致的。這就導致了不同作業系統之間的可移植問題。這個問題在JDK1.7中引入新的功能類得以解決。詳細資訊可以參考JDK1.7新io的api。

訪問到了具體檔案，接下就是向檔案寫入或者讀取資料了，為此Java提供了位元組流輸入類InputStream，這個類是所有輸入位元組流的父類，也就是所有硬體裝置抽象出來的輸入操作。根據資料來源[包括：位元組陣列、String物件、檔案、管道、一個由其他種類流組成的序列、其他資料來源]的不同，Java為我們提供了每種資料來源相對應的InputStream子類。具體如下表所示：

InputStream子類                                      資料來源

ByteArrayInputStream                      允許將記憶體緩衝區當InputStream

StringBufferInputStream                   將String轉化成InputStream

FileInputStream                           用於從檔案中讀取InputStream

PipedInputStream                          實現管道化

SequenceInputStream                     將兩個或多個InputStream物件轉化成單一的InputStream

FilterInputStream                  抽象類，作為裝飾器的介面，為其他InputStream類提供有用的功能

從上表裡面，可以看到兩個常見的輸入流，分別從記憶體和檔案中取得資料。一般情況下，用的最多的就屬FileInputStream了，對於這個類大家也一定很眼熟，這裡就不在給出程式碼示例了。

有了輸入流那就一定有輸出流，畢竟有進有出才能流動不是？ Java中的輸出流：OutputStream和InputStream相類似，根據輸出裝置不同，它也提供了不同的子類，具體如下表所示：

OutputStream子類                            資料來源

ByteArrayOutputStream                 在記憶體中建立緩衝區

FileOutputStream                      用於將位元組流寫入磁碟檔案

PipedOutputStream                     管道化概念

FilterOutputStream                   抽象類作為“裝飾器”的介面，為其他OutputStream提供有用功能

說完了[輸入/輸出]流的基本實現，如果細心的話，大家會發現在位元組流輸入子類（InputStream）和位元組輸出子類（OutputStream）都有一個FilterXXXputStream類，那這個類是幹嘛的呢？

用過IO的同學可能知道，計算機讀取檔案的定址操作是很浪費時間的，但是預設提供的InputStream和OutputStream都只是提供了最原始的檔案讀取、寫入操作（每次都只能一個位元組一個位元組的讀取/寫入），這顯然很浪費效能，為了提高效率，需要在原始操作上新增一些特性（這些特性一般是根據情景需要，自主選擇的），就像我們買了一套新房，怎麼裝修是我們自己的事情，開發商如果只提供蓋好的簡易房，而不提供裝修房子的功能，那麼對我們來說，無疑就是噩夢（好吧！那也得先有房再說！），顯然java開發團隊都是優秀的開發商，所以在提供原始位元組[輸入/輸出]子類操作的基礎上，他們又為我們提供了一些裝修方案（在此，為偉大的java API開發者致敬！）。

FilterInputStream和FilterOutputStream就是用來提供裝飾器類的介面，以控制特定的輸入流(InputStream)和輸出流(OutputStream)行為的兩個類。

FilterInputStream和FilterOutputStream在內部修改了InputStream和OutputStream的行為方式，具體修改細節見下表：

FilterInputStream                    型別

DataInputStream              與DataOutputStream搭配使用，可以按照移植方式從流中讀取基本資料型別(int,char,long等)

BufferedInputStream          使用緩衝區

LineNumberInputStream        跟蹤輸入流中的行號。可呼叫getLineNumber()和setLineNumber(int …)

PushbackInputStream         能彈出一個位元組緩衝區

FilterOutputStream             型別

DataOutputStream          與DataInputStream搭配使用

PrintStream               用於產生格式化輸出，處理顯示

BufferedOutputStream      使用緩衝區，可以呼叫flush()清空緩衝區。

下面就給出一個讀取“path”路徑下磁碟檔案的緩衝位元組輸入流：

BufferedInputStream bufferInputStream = new BufferedInputStream(new FileInputStream(new File("path")));

只需要將原始的FileInputStream流放入這些具體的裝飾器裡面，就能得到我們需要的帶有新特性的[輸入/輸出]流，看起來是不是很棒？

好了，到現在為止，我們已經瞭解JDK1.0所提供的I/O API，對！大家沒有看錯，是JDK1.0就自帶的I/O操作API，雖然Java現在已經到了1.8，中間也提供了很多更強大的I/O API（以前我以為1.0提供的就是JavaIO所有的API,請上天原諒我此前的無知。）可是目前大部分程式還是隻用到了JDK1.0所提供的IO API（所以還沒有體會新加入IO魅力的不防去嘗試一下！）。

位元組流[輸入/輸出]類，是以位元組(二進位制)方式,進行讀取和寫入的，在每次讀取文字檔案中,都不得不用（char）強轉一下，這顯然很煩人，而且沒有多大意義，於是，在Java1.1中JavaIO 加入了對文字[輸入/輸出]的字元流：Reader和Writer。

它們提供了相容unicode與面向字元的I/O功能。在功能上位元組流和字元流基本相同，只不過一個是以二進位制，另一個是以字元傳輸的。所以這裡就不在詳細介紹了，只給出字元流和位元組流相應類之間的對應關係。如下表：

Java1.0類                          Java1.1類
InputStream                       Reader
OutputStream                      Writer
FileInputStream                   FileReader
FileOutputStream                  FileWriter
StringBufferInputStream(棄用)      StringReader  StringWriter
ByteArrayInputStream              CharArrayReader
ByteArrayOutputStream             CharArrayWriter
PipedInputStream                  PipedReader
PipedOutputStream                 PipedWriter

Reader和Write的更改流行為：

Java1.0類                 Java1.1類

FilterInputStream        FilterReader
FilterOutputStream       FilterWriter
BufferedInputStream      BufferedReader
BufferedOutputStream     BufferedWriter
DataInputStream          DataReader
PrintStream              PrintWriter
LineNumberInputStream    LineNumberReader
StreamTokenizer          StreamTokenizer
PushbackInputStream      PushbackReader 

以下Java1.0類在Java1.1沒有相應類： DataOutputStream、File、RandomAccessFile、SequenceInputStream

注意：字元流和位元組流並沒有誰高誰低之別，雖然字元流是在jdk1.1提出，但其是為了解決文字層面的傳輸。而位元組流更傾向於處理圖片，壓縮檔案等情況。

顯然，流的[輸入/輸出]操作，提供各自不同的兩個類，在很大程度上，已經可以滿足我們的要求，可在一些特定的場合下，我們要求一個類能兼有[輸入/輸出]這兩種特性。這個時候，我們就要用到一個特殊的自我獨立類：RandomAccessFile

從本質上來說，RandomAccessFile類似於將DataInputStream和DataOutputStream組合起來使用，並新增了一些方法。不過在JDK1.4中，RandomAccessFile大多數功能由NIO儲存對映檔案所取代，所以在這裡就不做過多介紹了，感興趣的讀者可以在網上查詢這個類的相關資料。

接下來，就是讓我自慚形穢的在JDK1.4中提供的Java NIO了,以前總傻逼的認為對java已經瞭如執掌，但自從瞭解到Java NIO真是為自己的無知無語凝咽啊！當時的自己可真是無知者無畏啊！

在jdk1.4之前，因為Java IO的限制，服務端程式的開發是不足以和c、c++抗衡的，但自從加入了NIO，可以負責任的說，因為網路傳輸的限制，Java在web伺服器端的開發已經足夠和c++這種傳統的web服務端開發語言一較高下了，那麼接下來，就讓我們懷著朝聖的心態，來看看JDK1.4所提供的NIO到底有多麼的神奇。

JDK1.4的Java.nio.*包中引入了新的Java I/O類庫，其目的在於提高速度(舊I/O包已經用新NIO重新實現過)。NIO速度的提高來自於使用結構更接近於作業系統執行I/O的方式：通道和緩衝器。

通道是用於磁碟檔案的一種抽象。它可以訪問諸如：記憶體對映、檔案加鎖機制、以及檔案間快速傳遞資料等作業系統特性。NIO只和緩衝器互動，緩衝器在和通道進行互動。而唯一一個能直接和通道互動的緩衝器就是ByteBuffer。

在Java裡，想要獲取檔案通道一般有兩種方式：

<1. 宣告式

FileChannel  channel =  new  FileChannel.open(path,options);

引數：

1.path 開啟通道檔案所在路徑。

2.options: StandardOpenOption列舉中的WRITE 、APPEND 、TRUNCATE_EXISTING、CREATE值

<2. 舊I/O庫三個類被修改用以產生FileChannel FileInputStream、 FileOutputStream 、RandomAccessFile

注意：字元模式不能產生通道。不過可用Java.nio.channels.channels類提供實用方法可在通道產生Reader和Writer。

FileChannel  fs  = new  FileOutputStream(“file”).getchannel();
fs.write(ByteBuffer.wrap(value));

getchannel()將會產生一個FileChannel。

warp()將已經存在的位元組陣列包裝到ByteBuffer。

對於只讀訪問，必須顯式使用靜態的allicate()方法來分配ByteBuffer緩衝區大小（重要）。

ByteBuffer  buffer = ByteBuffer. allicate(1024);

為了提高速度我們甚至可以用allocateDirect()；產生一個與作業系統高度耦合的直接緩衝器（速度由各作業系統而定）。

一旦呼叫read()來告知FileChannel向ByteBuffer儲存位元組，就必須呼叫緩衝區上的flip()，讓它做好讓別人讀取位元組的準備。下面示例：就是將一個檔案通道讀取到的資訊寫入另一個通道檔案。

FileChannel  in  = new  FileInputStream(args[0]).getchannel();
FileChannel  out  = new  FileOutputStream(args[1]).getchannel();
ByteBuffer  buffer = ByteBuffer. allicate(1024);
while(in.read(buffer)!=-1){
buffer.flip();
out.write(buffer);
buffer.clear();      }

備註：這個例子只是為了演示使用方法，實際上真正應用的話，特殊方法transferTo()和transferFrom()是允許一個通道和另一個通道直接相連的。

從上面的例子中，大家就可以瞭解到，在NIO中，緩衝器的重要作用了，那麼接下來我們就深入瞭解一下緩衝器的相關細節：

Buffer由資料和可以高效訪問及操作這些資料的四個索引構成。四個索引分別是：mark(標記) position(位置) limit(界限) capacity(容量)。

復位索引和查詢資料值方法

capacity()       返回緩衝區容量

clear()          清空緩衝區,將position設為0，limit設為容量，可以呼叫此方法覆寫緩衝區。

flip()           將limit設為position，position設為0，用於準備從緩衝區讀取已經寫入的資料

limit()          返回limit值

limit(int limit) 設定limit值

mark()           將mark設為position

position()       返回position值

position(int pos) 設定position值

remaining()      返回limit-position

hasremaining()   若有介於position和limit之間元素則返回true

remain()         和flip()不同它只設定position為0不改變limit值

如果我們想檢視底層的ByteBuffer的型別就可以通過檢視緩衝器來檢視，下面來先看下它的定義：

檢視緩衝器(view buffer)，可以通過某個特定的基本資料型別的視窗檢視底層的ByteBuffer。示例如下：

ByteBuffer  buffer = ByteBuffer. allicate(1024);
IntBuffer  intbuffer = buffer.asIntBuffer();
intbuffer.put(new Int[]{1,2,3});
while(intbuffer. hasremaining()){
int  i = intbuffer.get();
system.out.println(i);
}

通過在同一個ByteBuffer上建立不同的檢視緩衝器，將同一位元組序列可翻譯成short、int、float、long 和double資料型別。

緩衝器容納的普通位元組，為了把它轉化成字元，要麼在輸入時對其進行編碼。要麼將其從緩衝器輸出時對它們進行解碼，用Java.nio.charset.charset類實現這些功能。

講到這裡，關於Java IO就先介紹到這裡，由於字數限制，其實還有很多內容沒有講到。我這邊已經整理好了，如果大家喜歡這篇乾貨文章的話，下一篇就將沒有講完的都彌補上！如果不喜歡也就不發了！同時也歡迎大家的批評指正，以及建議！畢竟本人是一個在中二路上漸行漸遠的程式設計師！