Java | IO 流

基本概念

• 文件（File）

  • 定义：存储数据的载体，如文本、图片、程序等。
  • 核心作用：通过流对文件进行读写，实现数据持久化。

• 流（Stream）

  • 定义：数据在数据源（如文件）与程序内存之间传输的通道。
  • 核心作用：屏蔽底层细节，提供统一的数据操作接口。

• 输入流（InputStream / Reader）

  • 方向：数据源 → 程序内存
  • 功能：从文件等数据源读取数据到内存中。
  • 典型场景：读取文件内容、接收网络数据。

• 输出流（OutputStream / Writer）

  • 方向：程序内存 → 数据源
  • 功能：将内存中的数据写入文件等数据源。
  • 典型场景：保存文件、发送数据到网络。

文件

• 常用的文件操作

  类 别	方法/构造方法	描述
  创建文件对象	File(String pathname)	通过路径字符串创建 File 对象
  	File(File parent, String child)	通过父目录 File 对象和子路径字符串创建
  	File(String parent, String child)	通过父目录字符串和子路径字符串创建
  获取文件信息	getName()	获取文件或目录的名称
  	getAbsolutePath()	获取文件或目录的绝对路径字符串
  	getParent()	获取父目录路径字符串（若无返回 null）
  	length()	返回文件长度（字节数）
  	exists()	判断文件或目录是否存在
  	isFile()	判断是否为文件
  	isDirectory()	判断是否为目录
  目录操作和文件删除	mkdir()	创建单层目录（要求父目录必须存在）
  	mkdirs()	递归创建多层目录（自动补齐缺失父目录）
  	delete()	删除文件或空目录（目录必须为空）

IO 流

• I/O 是 Input/Output 的缩写，I/O 技术用于处理数据传输，比如文件读写、网络通信等。

• Java 通过流的方式进行数据的输入和输出操作。

• 在 java.io 包下，提供了多种流类和接口，用于处理不同类型的数据输入和输出。

  • 输入（Input）：将外部存储设备（如磁盘、光盘）的数据读取到程序（内存）中。
  • 输出（Output）：将程序（内存）中的数据写入到外部存储设备（如磁盘、光盘）。

流的分类

Java 的 I/O 流包括 40 多个类，按照一定规则从四个抽象基类派生而来。子类的名称通常以父类名称作为后缀。

• 基本分类

  	字节流	字符流
  输入流	InputStream	Reader
  输出流	OutputStream	Weiter

• 详细分类

  分类方式	类型	说明
  按操作数据类型	字节流	处理二进制数据，如声音、视频、Word 文件等，可无损操作
  	字符流	处理文本文件
  按数据流的流向	输入流	读取外部数据到内存
  	输出流	将内存中的数据写入外部存储设备
  按功能	节点流	直接操作数据源
  	处理流	包装其他流，提供缓冲、转换等功能

• IO 流体系图

  

节点流和处理流

• 节点流

  分类	字节输入流	字节输出流	字符输入流	字符输出流
  抽象基类	InputStream	OutputStream	Reader	Writer
  访问文件	FileInputStream	FileOutputStream	FileReader	FileWriter
  访问数组	ByteArrayInputStream	ByteArrayOutputStream	CharArrayReader	CharArrayWriter
  访问管道	PipedInputStream	PipedOutputStream	PipedReader	PipedWriter
  访问字符串			StringReader	StringWriter

• 处理流

  分类	字节输入流	字节输出流	字符输入流	字符输出流
  缓冲流	BufferedInputStream	BufferedOutputStream	BufferedReader	BufferedWriter
  转换流			InputStreamReader	OutputStreamWriter
  对象流	ObjectInputStream	ObjectOutputStream
  抽象基类	FilterInputStream	FilterOutputStream	FilterReader	FilterWriter
  打印流		PrintStream		PrintWriter
  推回输入流	PushbackInputStream		PushbackReader
  特殊流	DataInputStream	DataOutputStream

• 节点流和处理流的区别

  • 节点流是底层流，直接与数据源（如文件、网络等）连接，是处理数据的基本流。
  • 处理流（包装流）是对节点流的封装，目的是简化不同节点流实现上的差异，同时提供更便捷的操作方法来进行输入输出。
  • 处理流采用了修饰器设计模式，它通过包装节点流，增加额外功能，但不会直接与数据源相连接，类似于给节点流增加修饰，增强其功能。

• 处理流的功能

  • 性能的提高：处理流通常通过增加缓冲区来提高输入输出效率，减少每次读写操作的开销。比如，BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream 就通过缓冲区来批量处理数据，从而显著提高了性能。
  • 操作的便捷：处理流提供了一些便捷的方法，简化了复杂的输入输出操作。比如，ObjectOutputStream 和 ObjectInputStream 让对象的序列化和反序列化变得更加简单。

标准输入输出流

• System.in：标准输入流，类型为 InputStream，通常用于从键盘读取输入。

• System.out：标准输出流，类型为 OutputStream，通常用于将输出显示到屏幕上。

序列化

序列化和反序列化是处理对象数据持久化和传输的关键机制。

• 序列化与反序列化

  • 序列化：将对象的状态（包括数据值和数据类型）转换为字节流的过程，使得对象能够保存到文件或通过网络进行传输。
  • 反序列化：将字节流恢复为原始对象的过程，恢复出对象的值和类型，以便后续操作。

• 实现序列化

  • 为了使一个类支持序列化，它必须实现其中一个接口：
  • Serializable：这是一个标记接口，没有任何方法。当一个类实现这个接口时，它就具备了序列化的能力。
  • Externalizable：这个接口与 Serializable 不同，它不仅是一个标记接口，还要求实现两个方法：writeExternal(ObjectOutput out) 和 readExternal(ObjectInput in)，因此它提供了更多的控制权，可以定制序列化和反序列化的过程。由于需要实现方法，通常我们更常用 Serializable 接口。

• 注意事项和细节说明

  • 序列化和反序列化时，必须确保顺序一致，以避免不匹配的错误。
  • 为了支持序列化或反序列化，类必须实现 Serializable 接口。
  • 序列化的类中建议添加 SerialVersionUID，为了提高版本的兼容性。当加入新属性时，序列化和反序列化会认为是原来的修改版，而不会认为是一个全新的类。
  • 默认情况下，序列化会保存对象的所有属性，但 static 和 transient 修饰的成员变量不会被序列化。
  • 序列化对象时，对象的属性类型也必须实现序列化接口，否则会抛出异常。
  • 序列化具备可继承性。如果一个类已经实现了序列化，则它的所有子类也默认实现了序列化。

Properties 类

Properties 类是 Java 中专门用于读写配置文件的集合类，通常用于处理键值对格式的配置文件。

• 键值对格式

  • 配置文件中的键值对不需要空格，值也不需要用引号包裹。
  • 默认情况下，键和值的类型都是 String。

• 常用方法

  方法	说明
  load(InputStream inStream)	从输入流中加载配置文件的键值对并存储到 Properties 对象中
  list(PrintStream out)	将 Properties 对象中的键值对输出到指定设备或流
  getProperty(String key)	根据指定的键获取对应的值。如果键不存在，返回 null
  setProperty(String key, String value)	设置一个新的键值对到 Properties 对象中
  store(OutputStream out, String comments)	将 Properties 对象中的键值对保存到配置文件中。如果含有中文字符，会以 Unicode 编码存储