Java 文件IO流

程序员文章站 2024-01-21 18:44:46

...

主要内容

缓冲流
转换流
序列化流
打印流

缓冲流

1.1 概述

缓冲流,也叫高效流，是对4个基本的FileXxx 流的增强，所以也是4个流，按照数据类型分类：

字节缓冲流：BufferedInputStream，BufferedOutputStream
字符缓冲流：BufferedReader，BufferedWriter

缓冲流的基本原理，是在创建流对象时，会创建一个内置的默认大小的缓冲区数组，通过缓冲区读写，减少系统IO次数，从而提高读写的效率。

1.2 字节缓冲流

构造方法

public BufferedInputStream(InputStream in) ：创建一个新的缓冲输入流。
public BufferedOutputStream(OutputStream out)：创建一个新的缓冲输出流。

构造举例，代码如下：

// 创建字节缓冲输入流
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("bis.txt"));
// 创建字节缓冲输出流
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("bos.txt"));

效率测试

查询API，缓冲流读写方法与基本的流是一致的，我们通过复制大文件（375MB），测试它的效率。

基本流，代码如下：

public class BufferedDemo {
    public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {
        // 记录开始时间
      	long start = System.currentTimeMillis();
		// 创建流对象
        try (
        	FileInputStream fis = new FileInputStream("jdk9.exe");
        	FileOutputStream fos = new FileOutputStream("copy.exe")
        ){
        	// 读写数据
            int b;
            while ((b = fis.read()) != -1) {
                fos.write(b);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
		// 记录结束时间
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("普通流复制时间:"+(end - start)+" 毫秒");
    }
}

2. 缓冲流，代码如下：
public class BufferedDemo {
    public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {
        // 记录开始时间
      	long start = System.currentTimeMillis();
		// 创建流对象
        try (
        	BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("jdk9.exe"));
	     BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("copy.exe"));
        ){
        // 读写数据
            int b;
            while ((b = bis.read()) != -1) {
                bos.write(b);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
		// 记录结束时间
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("缓冲流复制时间:"+(end - start)+" 毫秒");
    }
}

缓冲流复制时间:8016 毫秒

使用数组的方式，代码如下：

public class BufferedDemo {
    public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {
      	// 记录开始时间
        long start = System.currentTimeMillis();
		// 创建流对象
        try (
			BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("jdk9.exe"));
		 BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("copy.exe"));
        ){
          	// 读写数据
            int len;
            byte[] bytes = new byte[8*1024];
            while ((len = bis.read(bytes)) != -1) {
                bos.write(bytes, 0 , len);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
		// 记录结束时间
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("缓冲流使用数组复制时间:"+(end - start)+" 毫秒");
    }
}
缓冲流使用数组复制时间:666 毫秒

1.3 字符缓冲流

构造方法

public BufferedReader(Reader in) ：创建一个新的缓冲输入流。
public BufferedWriter(Writer out)：创建一个新的缓冲输出流。

构造举例，代码如下：

// 创建字符缓冲输入流
BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("br.txt"));
// 创建字符缓冲输出流
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("bw.txt"));

特有方法

字符缓冲流的基本方法与普通字符流调用方式一致，不再阐述，我们来看它们具备的特有方法。

BufferedReader：public String readLine(): 读一行文字。
BufferedWriter：public void newLine(): 写一行行分隔符,由系统属性定义符号。

转换流

2.1 字符编码和字符集

字符编码

计算机中储存的信息都是用二进制数表示的，而我们在屏幕上看到的数字、英文、标点符号、汉字等字符是二进制数转换之后的结果。按照某种规则，将字符存储到计算机中，称为编码。反之，将存储在计算机中的二进制数按照某种规则解析显示出来，称为解码。比如说，按照A规则存储，同样按照A规则解析，那么就能显示正确的文本符号。反之，按照A规则存储，再按照B规则解析，就会导致乱码现象。

编码:字符(能看懂的)–字节(看不懂的)

解码:字节(看不懂的)–>字符(能看懂的)

字符编码Character Encoding : 就是一套自然语言的字符与二进制数之间的对应规则。

编码表:生活中文字和计算机中二进制的对应规则

字符集

字符集 Charset：也叫编码表。是一个系统支持的所有字符的集合，包括各国家文字、标点符号、图形符号、数字等。

计算机要准确的存储和识别各种字符集符号，需要进行字符编码，一套字符集必然至少有一套字符编码。常见字符集有ASCII字符集、GBK字符集、Unicode字符集等。[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-cvfeF2rR-1575977763393)(img/1_charset.jpg)]

可见，当指定了编码，它所对应的字符集自然就指定了，所以编码才是我们最终要关心的。

ASCII字符集 ：
- ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准代码）是基于拉丁字母的一套电脑编码系统，用于显示现代英语，主要包括控制字符（回车键、退格、换行键等）和可显示字符（英文大小写字符、阿拉伯数字和西文符号）。
- 基本的ASCII字符集，使用7位（bits）表示一个字符，共128字符。ASCII的扩展字符集使用8位（bits）表示一个字符，共256字符，方便支持欧洲常用字符。
ISO-8859-1字符集：
- 拉丁码表，别名Latin-1，用于显示欧洲使用的语言，包括荷兰、丹麦、德语、意大利语、西班牙语等。
- ISO-8859-1使用单字节编码，兼容ASCII编码。
GBxxx字符集：
- GB就是国标的意思，是为了显示中文而设计的一套字符集。
- GB2312：简体中文码表。一个小于127的字符的意义与原来相同。但两个大于127的字符连在一起时，就表示一个汉字，这样大约可以组合了包含7000多个简体汉字，此外数学符号、罗马希腊的字母、日文的假名们都编进去了，连在ASCII里本来就有的数字、标点、字母都统统重新编了两个字节长的编码，这就是常说的"全角"字符，而原来在127号以下的那些就叫"半角"字符了。
- GBK：最常用的中文码表。是在GB2312标准基础上的扩展规范，使用了双字节编码方案，共收录了21003个汉字，完全兼容GB2312标准，同时支持繁体汉字以及日韩汉字等。
- GB18030：最新的中文码表。收录汉字70244个，采用多字节编码，每个字可以由1个、2个或4个字节组成。支持中国国内少数民族的文字，同时支持繁体汉字以及日韩汉字等。
Unicode字符集 ：
- Unicode编码系统为表达任意语言的任意字符而设计，是业界的一种标准，也称为统一码、标准万国码。
- 它最多使用4个字节的数字来表达每个字母、符号，或者文字。有三种编码方案，UTF-8、UTF-16和UTF-32。最为常用的UTF-8编码。
- UTF-8编码，可以用来表示Unicode标准中任何字符，它是电子邮件、网页及其他存储或传送文字的应用中，优先采用的编码。互联网工程工作小组（IETF）要求所有互联网协议都必须支持UTF-8编码。所以，我们开发Web应用，也要使用UTF-8编码。它使用一至四个字节为每个字符编码，编码规则：
  1. 128个US-ASCII字符，只需一个字节编码。
  2. 拉丁文等字符，需要二个字节编码。
  3. 大部分常用字（含中文），使用三个字节编码。
  4. 其他极少使用的Unicode辅助字符，使用四字节编码。

2.2 编码引出的问题

在IDEA中，使用FileReader 读取项目中的文本文件。由于IDEA的设置，都是默认的UTF-8编码，所以没有任何问题。但是，当读取Windows系统中创建的文本文件时，由于Windows系统的默认是GBK编码，就会出现乱码。

public class ReaderDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileReader fileReader = new FileReader("E:\\File_GBK.txt");
        int read;
        while ((read = fileReader.read()) != -1) {
            System.out.print((char)read);
        }
        fileReader.close();
    }
}
输出结果：
???

那么如何读取GBK编码的文件呢？

2.3 InputStreamReader类

转换流java.io.InputStreamReader，是Reader的子类，是从字节流到字符流的桥梁。它读取字节，并使用指定的字符集将其解码为字符。它的字符集可以由名称指定，也可以接受平台的默认字符集。

构造方法

InputStreamReader(InputStream in): 创建一个使用默认字符集的字符流。
InputStreamReader(InputStream in, String charsetName): 创建一个指定字符集的字符流。

构造举例，代码如下：

InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream("in.txt"));
InputStreamReader isr2 = new InputStreamReader(new FileInputStream("in.txt") , "GBK");

指定编码读取

public class ReaderDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
      	// 定义文件路径,文件为gbk编码
        String FileName = "E:\\file_gbk.txt";
      	// 创建流对象,默认UTF8编码
        InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream(FileName));
      	// 创建流对象,指定GBK编码
        InputStreamReader isr2 = new InputStreamReader(new FileInputStream(FileName) , "GBK");
		// 定义变量,保存字符
        int read;
      	// 使用默认编码字符流读取,乱码
        while ((read = isr.read()) != -1) {
            System.out.print((char)read); // ????
        }
        isr.close();
      
      	// 使用指定编码字符流读取,正常解析
        while ((read = isr2.read()) != -1) {
            System.out.print((char)read);// 大家好
        }
        isr2.close();
    }
}

2.4 OutputStreamWriter类

转换流java.io.OutputStreamWriter ，是Writer的子类，是从字符流到字节流的桥梁。使用指定的字符集将字符编码为字节。它的字符集可以由名称指定，也可以接受平台的默认字符集。

构造方法

OutputStreamWriter(OutputStream in): 创建一个使用默认字符集的字符流。
OutputStreamWriter(OutputStream in, String charsetName): 创建一个指定字符集的字符流。

构造举例，代码如下：

OutputStreamWriter isr = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("out.txt"));
OutputStreamWriter isr2 = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("out.txt") , "GBK");

指定编码写出

public class OutputDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
      	// 定义文件路径
        String FileName = "E:\\out.txt";
      	// 创建流对象,默认UTF8编码
        OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(FileName));
        // 写出数据
      	osw.write("你好"); // 保存为6个字节
        osw.close();
      	
		// 定义文件路径
		String FileName2 = "E:\\out2.txt";
     	// 创建流对象,指定GBK编码
        OutputStreamWriter osw2 = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(FileName2),"GBK");
        // 写出数据
      	osw2.write("你好");// 保存为4个字节
        osw2.close();
    }
}

序列化

3.1 概述

Java 提供了一种对象序列化的机制。用一个字节序列可以表示一个对象，该字节序列包含该对象的数据、对象的类型和对象中存储的属性等信息。字节序列写出到文件之后，相当于文件中持久保存了一个对象的信息。

反之，该字节序列还可以从文件中读取回来，重构对象，对它进行反序列化。对象的数据、对象的类型和对象中存储的数据信息，都可以用来在内存中创建对象。看图理解序列化： [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-HeWRrBA1-1575977763397)(img/3_xuliehua.jpg)]

3.2 ObjectOutputStream类

java.io.ObjectOutputStream 类，将Java对象的原始数据类型写出到文件,实现对象的持久存储。

构造方法

public ObjectOutputStream(OutputStream out) ：创建一个指定OutputStream的ObjectOutputStream。

构造举例，代码如下：
FileOutputStream fileOut = new FileOutputStream(“employee.txt”);
ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(fileOut);


### 序列化操作

1. 一个对象要想序列化，必须满足两个条件:

* 该类必须实现`java.io.Serializable ` 接口，`Serializable` 是一个标记接口，不实现此接口的类将不会使任何状态序列化或反序列化，会抛出`NotSerializableException` 。
* 该类的所有属性必须是可序列化的。如果有一个属性不需要可序列化的，则该属性必须注明是瞬态的，使用`transient` 关键字修饰。

```java
public class Employee implements java.io.Serializable {
    public String name;
    public String address;
    public transient int age; // transient瞬态修饰成员,不会被序列化
    public void addressCheck() {
      	System.out.println("Address  check : " + name + " -- " + address);
    }
}

2.写出对象方法

public final void writeObject (Object obj) : 将指定的对象写出。

public class SerializeDemo{
   	public static void main(String [] args)   {
    	Employee e = new Employee();
    	e.name = "zhangsan";
    	e.address = "beiqinglu";
    	e.age = 20; 
    	try {
      		// 创建序列化流对象
          ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("employee.txt"));
        	// 写出对象
        	out.writeObject(e);
        	// 释放资源
        	out.close();
        	fileOut.close();
        	System.out.println("Serialized data is saved"); // 姓名，地址被序列化，年龄没有被序列化。
        } catch(IOException i)   {
            i.printStackTrace();
        }
   	}
}
输出结果：
Serialized data is saved

3.3 ObjectInputStream类

ObjectInputStream反序列化流，将之前使用ObjectOutputStream序列化的原始数据恢复为对象。

构造方法

public ObjectInputStream(InputStream in)：创建一个指定InputStream的ObjectInputStream。

反序列化操作1

如果能找到一个对象的class文件，我们可以进行反序列化操作，调用ObjectInputStream读取对象的方法：

public final Object readObject () : 读取一个对象。

public class DeserializeDemo {
   public static void main(String [] args)   {
        Employee e = null;
        try {		
             // 创建反序列化流
             FileInputStream fileIn = new FileInputStream("employee.txt");
             ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(fileIn);
             // 读取一个对象
             e = (Employee) in.readObject();
             // 释放资源
             in.close();
             fileIn.close();
        }catch(IOException i) {
             // 捕获其他异常
             i.printStackTrace();
             return;
        }catch(ClassNotFoundException c)  {
        	// 捕获类找不到异常
             System.out.println("Employee class not found");
             c.printStackTrace();
             return;
        }
        // 无异常,直接打印输出
        System.out.println("Name: " + e.name);	// zhangsan
        System.out.println("Address: " + e.address); // beiqinglu
        System.out.println("age: " + e.age); // 0
    }
}

对于JVM可以反序列化对象，它必须是能够找到class文件的类。如果找不到该类的class文件，则抛出一个 ClassNotFoundException 异常。

反序列化操作2

**另外，当JVM反序列化对象时，能找到class文件，但是class文件在序列化对象之后发生了修改，那么反序列化操作也会失败，抛出一个InvalidClassException异常。**发生这个异常的原因如下：

该类的序列版本号与从流中读取的类描述符的版本号不匹配
该类包含未知数据类型
该类没有可访问的无参数构造方法

Serializable 接口给需要序列化的类，提供了一个序列版本号。serialVersionUID 该版本号的目的在于验证序列化的对象和对应类是否版本匹配。

public class Employee implements java.io.Serializable {
     // 加入序列版本号
     private static final long serialVersionUID = 1L;
     public String name;
     public String address;
     // 添加新的属性 ,重新编译, 可以反序列化,该属性赋为默认值.
     public int eid; 

     public void addressCheck() {
         System.out.println("Address  check : " + name + " -- " + address);
     }
}

打印流

4.1 概述

平时我们在控制台打印输出，是调用print方法和println方法完成的，这两个方法都来自于java.io.PrintStream类，该类能够方便地打印各种数据类型的值，是一种便捷的输出方式。

4.2 PrintStream类

构造方法

public PrintStream(String fileName)：使用指定的文件名创建一个新的打印流。

构造举例，代码如下：

PrintStream ps = new PrintStream("ps.txt")；

改变打印流向

System.out就是PrintStream类型的，只不过它的流向是系统规定的，打印在控制台上。不过，既然是流对象，我们就可以玩一个"小把戏"，改变它的流向。

public class PrintDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
		// 调用系统的打印流,控制台直接输出97
        System.out.println(97);
      
		// 创建打印流,指定文件的名称
        PrintStream ps = new PrintStream("ps.txt");
      	
      	// 设置系统的打印流流向,输出到ps.txt
        System.setOut(ps);
      	// 调用系统的打印流,ps.txt中输出97
        System.out.println(97);
    }
}

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1.2 字节缓冲流

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效率测试

1.3 字符缓冲流

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特有方法

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2.1 字符编码和字符集

字符编码

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2.2 编码引出的问题

2.3 InputStreamReader类

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3.2 ObjectOutputStream类

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反序列化操作1

反序列化操作2

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4.2 PrintStream类

构造方法

改变打印流向

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Java IO流 --- 处理流

Java 文件io流

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Java字节与字符流永久存储json数据

Java字节与字符流永久存储json数据

Java传输文件使用Base64编码，优化传输速率。