About java IO framework

1. IO

2. Agenda

3. 概述
• 输入输出流(IO)的设计对于任何编程语言都
是一个挑战, 因为IO涉及到了很多方面, 比如
不同的IO类型文件/网络/控制台等, 还需要
处理各种字符编码问题; 针对各种情形, java
都提供了相应的解决方案;
• IO大体上可以分为两种, 面向字节的和面向
字符的, 前者操作的对象是编码后的一个一
个的字节, 而后者操作的则是解码之后的字
符; 关于字符串的编码解码会有相应的介绍.

4. 输入与输出
• 输入是指将内容从文件/网络等读取到内存,
java中的输入字节流继承自java.io.InputStream,
输入字符流则继承自java.io.Reader;
• 输出则是将内容从内存输出到文件或者通
过网络流进行传输, 输出字节流均继承自
java.io.OutputStream, 输出字符流均继承自
java.io.Writer.

5. 字符编码
• 字符在保存到文件或者网络传输时, 都需要先转换成比
特位(0/1), 由字符转换为字节的过程就称之为编码; 字符
编码的种类有很多, 比如最基础的是ASCII编码, 是所有其
他字符编码的基础; 对于中文字符集, 常用的编码是:
UTF-8, GBK, GB2312等, 推荐使用的编码是UTF-8编码;
• 解码, 与编码相反是从字节得到相应字符的过程, 比如从
文件中读取字符; 解码需要选择与编码相同的方式进行,
比如采用的UTF-8进行编码, 那么相应的进行解码时也需
要使用UTF-8;
• Java可以通过String类的如下方法得到编码后的字节数组,
如果指定的字符编码参数不存在或者不被支持那么会抛
出相应的异常:
byte[] getBytes(String encoding) throws UnsupportedEncodingException
• 示例: demo/Demo1.java

6. ASCII编码表
• ASCII 是 American standard code for information interchange(美
国信息交换标准编码)的缩写, 它定义了基本
英文字符, 数字字符以及其它常用符号, 控制
字符等的编码, 比如数字字符0对应的编码
是48, 小写字母a对应的是97, 空格字符对应
的是32; ASCII编码是一个通用的编码标准,
大多数其它的字符编码都遵循此标准, 详细
的编码可以在这里找到.;
• 示例: demo/Demo2.java

7. 字节流 vs 字符流
• 在处理IO操作的时候需要关注的一个问题就
是, 当前流操作时针对字节(byte based)还是
字符(char based)的. 字节流不需要考虑编码
的问题, 而字符流则需要考虑合适的编码.
• Java针对两种处理方式分别提供了相应的实
现, 输入字节流继承自java.io.InputStream
• 比如FileInputStream是从文件中读取字节的,
BufferedReader/BufferedWriter是从文件中读
取字符的.

8. 缓冲
• 由于读取磁盘是一件代价高昂的操作, 因此出
于性能方面的考虑通常需要对输入输出流进行
缓冲; 输入流缓冲是指先将内容读取到一个内
存缓冲区(memory buffer area), 只有当该区域
为空的时候再从磁盘中读取; 输出流缓冲则是
指将需要写入磁盘的内容先写入一个内存缓冲
区, 只有当该缓冲区被写满/或者手动清空(flush)
时, 才进行实际的磁盘写操作;
• java IO对缓冲提供了相应的支持; 比如字节流
缓冲BufferedInputStream, 对于字符流的缓冲
BufferedReader.

9. Java IO类
• 这里列出常用的java IO类
InputStream Reader
FileInputStre BufferedInpu InputStreamR BufferedRead
am tStream eader er
Writer FileReader
OutputStrea BufferedWrit OutputStrea
mWriter er m
BufferedWrit
er
FileWriter FileOutputStr BufferedOutp
eam utStream

10. 流对象的创建
装饰器(Decorator)模式
• 在java中创建一个IO流对象时通常会看到如下
的写法:
BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(new
FileOutputStream(somefile)), “UTF-8”);
• 这里为了创建一个带缓冲的字符输出流, 需要
创建多个流对象, 这是java IO让人迷惑的一个
地方. 分析一下这条语句, 分以下3步:
1, 创建一个文件字节输出流;
2, 创建一个字符输出流, 使用UTF8编码;
3, 创建一个缓冲字符输出流.
这里每一步都在前一步的基础上增加了新的功能,
这是java中的装饰器(Decorator)模式, 参考.

11. java.io.File
• File表示磁盘文件或者目录, 可以通过以下构造器创建File对象:
File(File parent, String child)
File(String parent, String child)
指定父目录和文件名称
File(String pathname)
指定文件/目录的路径
Note: 关于File类需要注意的一点是, 它既可以表示磁盘上的文件也可以表示目录, java没有提
供专门的Directory类
• File类常用的方法:
boolean exists 判断文件或者目录是否存在;
String getAbsolutePath 返回绝对路径
String getName 返回文件/目录的名称
File getParentFile 返回父目录File对象
String getParent 返回父目录的路径
String[] list 返回当前目录下面的所有文件/目录
String[] list(FilenameFilter filter) 返回当前目录下面的所有符合过滤
条件的文件/目录
File[] listFiles/listFiles(FilenameFilter) 与list类似, 这里返回的是File数组
long length 返回文件的字节数
boolean isFile()/isDirectory() 判断是文件还是目录
boolean delete 删除当前文件/目录
boolean deleteOnExit 在JVM退出时删除文件/目录
• 示例: demo/Demo3.java

12. FilenameFilter
• 在列举目录下的文件时, 往往需要提供一个过滤器
(filter), 只有符合该过滤条件的才包含在结果中; File
类的list/listFiles方法提供了相应的版本:
String[] list(FilenameFilter filter)
File[] listFiles(FilenameFilter filter)
• FilenameFilter接口规范:
public interface FilenameFilter {
boolean accept(File dir, String name);
}
在列举目录下面的文件时, 会对每一个文件调用一次
accept方法如果返回true则会将该文件包含在结果中;
• 示例: demo/Demo4.java

13. 字节输入流的类型
• 输入流大体有以下几种类型:
1, 字节数组/字符串;
2, 文件;
3, 网络流;
4, 管道流
• java通过以下输入流类型提供了支持:
类型 Java类 说明
字节数组输入流 ByteArrayInputStream 使用字节数组(byte[])作为输入流,
从该字节数组中读取数据
字符串输入流 StringBufferInputStrea 使用字符串作为输入流
m 不推荐使用
文件输入流 FileInputStream 使用文件作为输入流
管道输入流 PipedInputStream N/A

14. 字节输出流的类型
• 与输入流对应的, 输出流有:
类型 Java类 说明
字节数组输出流 ByteArrayOutputStream 将将内容写到一个字节数组
(byte[])中
文件输出流 FileOutputStream 使用文件作为输出流
管道输出流 PipedOutputStream N/A

15. FilterInputStream
& FilterOutputStream
• 前面讲到过java IO通过装饰器模式对已有的
流对象添加新的功能, 比如缓冲/字符处理等;
FilterInputStream/FilterOutputStream基类分
别代表一个字节输入/输出流装饰器, java提
供了以下的类型的实现:
功能类型 Input Output
缓冲 BufferedInputStream BufferedOutputStream
数据读写 DataInputStream DataOutputStream
按行数读取 LineNumberInputStream N/A
打印输出 N/A PrintStream

16. Reader
&Writer
• 自JDK1.1开始java引入了面向字符(char based)的流处理API,
其中字符输入流继承自java.io.Reader, 输出流则继承
java.io.Writer;
• 字节流和字符流API对应关系:
字节流 字符流
InputStream Reader
使用InputStreamReader将字节流转换为Reader
OutputStream Writer
使用OutputStreamReader将字节流转换为Writer
FileInputStream FileReader
FileOutputStream FileWriter
StringBufferInptuStream StringReader
N/A StringWriter
ByteArrayInputStream CharArrayReader
ByteArrayOutStream CharArrayWriter

17. FilterReader
&FilterWriter
• 与字节流装饰器基类(FilterInputStream/
FilterOuputStream)对应的字符流API也提供了
相应的基类: FilterReader/FilterWriter, 相应的
具体实现如下:
功能类型 Reader Writer
缓冲 BufferedReader BufferedWriter
按行数读取 LineNumberReader N/A
打印输出 N/A PrintWriter

18. InputStreamReader
&OutputStreamWriter
• 经常需要关注的一个问题是, 如果通过一个
字节流创建相应的字符流, 比如将一个
InputStream转换为一个Reader从而进行字
符操作, java针对输入/输出分别提供了相应
的适配器(adapter)实现这种转换, 其中
InputStreamReader实现InputStream到Reader
的转换, OutputStreamWriter实现OutputStream
到Writer的转换;
• 示例: demo/Demo5.java

19. 典型用法
• 通常使用BufferedReader实现对文件的逐行
读取; 使用BufferedWriter/PrintWriter实现对
文件的逐行写入, PrintWriter与BufferedWriter
的主要差别在于: PrintWriter没有缓冲, 可以
通过println方法写入一行并且换行; 因此
PrintWriter使用方便但性能较差;
• 不在使用某个流对象时, 需要调用close方法
以实现资源的释放;

20. 标准I/O
• java通过如下方式实现了对标准IO的支持,
其中:
System.in 标准输入, InputStream对象;
System.out 标准输出, PrintStream对象;
System.err 标准错误输出, PrintStream对象.
• 可以使用BufferedReader对System.in进行包
装, 一次读取一行输入.
BufferedReader reader = new BufferedReader(
new InputStreamReader(System.in));
• 示例: demo/Demo6.java

21. 标准I/O
重定向
• 可以对标准IO进行重定向, 标准输入的重定向
指的是用其他的输入流比如文件输入流作为标
准输入, 而标准输出/错误的重定向指的是将输
出/错误定向到其他的目标比如文件/网络等,
Java可以通过调用如下接口实现重定向操作:
System.setIn(InputStream) 重定向输入流
System.setOut(PrintStream) 重定向输出流
System.setErr(PrintStream) 重定向错误流
• 示例: demo/Demo7.java

22. END