一、寫在開頭
上一篇文章中，我們介紹了Java IO流中的4個基類：InputStream、OutputStream、Reader、Writer，那麼這一篇中，我們將以四個基類所衍生出來，應對不同場景的資料流進行學習。
二、衍生資料流分類
我們上面說了java.io包中有40多個類，都從InputStream、OutputStream、Reader、Writer這4個類中衍生而來，我們以操作物件的維度進行如下的區分：
2.1 檔案流
檔案流也就是直接操作檔案的流，可以細分為位元組流（FileInputStream 和 FileOuputStream）和字元流（FileReader 和 FileWriter），我們在上面的已經說了很多了，這裡就再贅述啦。
2.2 陣列流
所謂陣列流就是將記憶體中有限的資料進行讀寫操作的流，適應於資料量小，無需利用檔案儲存，提升程式效率。
我們以ByteArrayInputStream（位元組陣列輸入流）為例：
public class TestService{
public static void main(String[] args) {
try {
ByteArrayInputStream bi = new ByteArrayInputStream("JavaBuild".getBytes());
int content;
while ((content = bi.read()) != -1) {
System.out.print((char) content);
}
// 關閉輸入流，釋放資源
bi.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
位元組陣列輸出流（ByteArrayOutputStream）亦是如此，它們不需要建立臨時檔案，直接在記憶體中就可以完成對位元組陣列的壓縮，加密，讀寫以及序列化。
2.3 管道流
管道（Pipe）作為一種在計算機內通訊的媒介，無論是在作業系統（Unix/Linux）層面還是JVM層面都至關重要，我們今天提到的通道流就是在JVM層面，同一個程序中不同執行緒之間資料互動的載體。
我們以PipedOutputStream和PipedInputStream為例，透過PipedOutputStream將一串字元寫入到記憶體中，再透過PipedInputStream讀取輸出到控制檯，整個過程並沒有臨時檔案的事情，資料僅在兩個執行緒之間流轉。
public class TestService{
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 建立一個 PipedOutputStream 物件和一個 PipedInputStream 物件
final PipedOutputStream pipedOutputStream = new PipedOutputStream();
final PipedInputStream pipedInputStream = new PipedInputStream(pipedOutputStream);
// 建立一個執行緒，向 PipedOutputStream 中寫入資料
Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
// 將字串 "沉默王二" 轉換為位元組陣列，並寫入到 PipedOutputStream 中
pipedOutputStream.write("My name is JavaBuild".getBytes());
// 關閉 PipedOutputStream，釋放資源
pipedOutputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
// 建立一個執行緒，從 PipedInputStream 中讀取資料並輸出到控制檯
Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
// 定義一個位元組陣列用於儲存讀取到的資料
byte[] flush = new byte[1024];
// 定義一個變數用於儲存每次讀取到的位元組數
int len = 0;
// 迴圈讀取位元組陣列中的資料，並輸出到控制檯
while (-1 != (len = pipedInputStream.read(flush))) {
// 將讀取到的位元組轉換為對應的字串，並輸出到控制檯
System.out.println(new String(flush, 0, len));
}
// 關閉 PipedInputStream，釋放資源
pipedInputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
// 啟動執行緒1和執行緒2
thread1.start();
thread2.start();
}
}
2.4 資料流
我們知道在Java中分為基本資料型別和引用型別，我們在做資料的讀取與寫入時，自然也會涉及到這種情況，比如我們將txt檔案中的數字型資料以int型別讀取到程式中，這時Java為我們提供了DataInputStream/DataOutputStream類。它們的常用方法為：
具體使用也相對比較簡單：
DataInputStream dis = new DataInputStream(new FileInputStream("input.txt"));
// 建立一個 DataOutputStream 物件，用於將資料寫入到檔案中
DataOutputStream das = new DataOutputStream(new FileOutputStream("output.txt"));
// 讀取四個位元組，將其轉換為 int 型別
int i = dis.readInt();
// 將一個 int 型別的資料寫入到檔案中
das.writeInt(1000);
2.5 緩衝流
對於資料的處理，CPU速度快於記憶體，記憶體又遠快於硬碟，在大資料量情況下，頻繁的透過IO向磁碟讀寫資料會帶來嚴重的效能問題，為此Java中提供了一個緩衝流的概念，簡單來說就是在記憶體中設定一個緩衝區，只有緩衝區中儲存的資料到達一定量後才會觸發一次IO，這樣大大提升了程式的讀寫效能，常用的緩衝流有：BufferedInputStream、BufferedOutputStream、BufferedReader、BufferedWriter。
透過BufferedInputStream的底層原始碼我們可以看到，其內部維護了一個buf[]資料，預設大小為8192位元組，我麼也可以透過建構函式進行快取大小設定。
public
class BufferedInputStream extends FilterInputStream {
// 內部緩衝區陣列
protected volatile byte buf[];
// 緩衝區的預設大小
private static int DEFAULT_BUFFER_SIZE = 8192;
// 使用預設的緩衝區大小
public BufferedInputStream(InputStream in) {
this(in, DEFAULT_BUFFER_SIZE);
}
// 自定義緩衝區大小
public BufferedInputStream(InputStream in, int size) {
super(in);
if (size <= 0) {
throw new IllegalArgumentException("Buffer size <= 0");
}
buf = new byte[size];
}
}
至於說緩衝流到底能不能實現效能的提升，我們實踐出真知，對於程式設計師來說所有的理論都不及上手寫一寫來得有效！這其實也涉及到一個經常被問的面試問題：java中的緩衝流真的效能很好嗎？
剛好，我們手頭有一本《Java效能權威指南》的PDF版，大小為66MB，我們透過普通的檔案流和緩衝流進行檔案的讀取和複製，看一下耗時對比。
public class TestService{
public static void main(String[] args) throws IOException {
TestService testService = new TestService();
testService.copyPdfWithPublic();
testService.copyPdfWithBuffer();
}
/*透過普通檔案流進行pdf檔案的讀取和複製*/
public void copyPdfWithPublic(){
// 記錄開始時間
long start = System.currentTimeMillis();
try (FileInputStream fis = new FileInputStream("E:\\Java效能權威指南.pdf");
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("E:\\Java效能權威指南Public.pdf")) {
int content;
while ((content = fis.read()) != -1) {
fos.write(content);
}
//使用陣列充當快取時，兩者效能差距不大
/*int len;
byte[] bytes = new byte[4 * 1024];
while ((len = fis.read(bytes)) != -1) {
fos.write(bytes, 0, len);
}*/
fis.close();
fos.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
// 記錄結束時間
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("使用普通檔案流複製PDF檔案總耗時:" + (end - start) + " 毫秒");
}
/*透過緩衝位元組流進行pdf檔案的讀取和複製*/
public void copyPdfWithBuffer(){
// 記錄開始時間
long start = System.currentTimeMillis();
try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("E:\\Java效能權威指南.pdf"));
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("E:\\Java效能權威指南Buffer.pdf"))) {
int content;
while ((content = bis.read()) != -1) {
bos.write(content);
}
/*int len;
byte[] bytes = new byte[4 * 1024];
while ((len = bis.read(bytes)) != -1) {
bos.write(bytes, 0, len);
}*/
bis.close();
bos.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
// 記錄結束時間
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("使用緩衝位元組流複製PDF檔案總耗時:" + (end - start) + " 毫秒");
}
}
輸出：
使用普通檔案流複製PDF檔案總耗時:221611 毫秒
使用緩衝位元組流複製PDF檔案總耗時:228 毫秒
然後，我們將註釋掉的程式碼放開，也就是我們採用一個快取陣列，先將陣列儲存起來後，兩者之間的效能差距就沒那麼明顯了。
使用普通檔案流複製PDF檔案總耗時:106 毫秒
使用緩衝位元組流複製PDF檔案總耗時:80 毫秒
在這種情況下，我們可以看到，甚至於普通的檔案流的耗時是小於緩衝流的，所以對於這種情況來說，緩衝流未必一定效能最好。
2.6 列印流
對於System.out.println("Hello World");這句程式碼我想大家並不陌生吧，我們剛學習Java的第一堂課，老師們都會讓我們輸出一個Hello World，System.out 實際是用於獲取一個 PrintStream 物件，print方法實際呼叫的是 PrintStream 物件的 write 方法。
public class PrintStream extends FilterOutputStream
implements Appendable, Closeable {
}
public class PrintWriter extends Writer {
}
結尾彩蛋
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