【缓冲流、转换流】

程序员文章站 2024-03-07 08:05:50

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【缓冲流、转换流】

主要内容

缓冲流
转换流

缓冲流

昨天学习了基本的一些流，作为IO流的入门，今天我们要见识一些更强大的流。比如能够高效读写的缓冲流，能够转换编码的转换流，能够持久化存储对象的序列化流等等。这些功能更为强大的流，都是在基本的流对象基础之上创建而来的，就像穿上铠甲的武士一样，相当于是对基本流对象的一种增强。

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");
    }
}

十几分钟过去了...

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

如何更快呢？

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

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。

readLine方法演示，代码如下：

public class BufferedReaderDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
      	 // 创建流对象
        BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("in.txt"));
		// 定义字符串,保存读取的一行文字
        String line  = null;
      	// 循环读取,读取到最后返回null
        while ((line = br.readLine())!=null) {
            System.out.print(line);
            System.out.println("------");
        }
		// 释放资源
        br.close();
    }
}

newLine方法演示，代码如下：

public class BufferedWriterDemo throws IOException {
  public static void main(String[] args) throws IOException  {
    	// 创建流对象
  	BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("out.txt"));
    	// 写出数据
      bw.write("hello");
    	// 写出换行
      bw.newLine();
      bw.write("hello");
      bw.newLine();
      bw.write("hello");
      bw.newLine();
  	// 释放资源
      bw.close();
  }
}
输出效果:
hello
hello
hello

转换流

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。
【缓冲流、转换流】

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。

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？

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); // ��Һ�
        }
        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();
    }
}

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();
    }
}

转换流理解图解

转换流是字节与字符间的桥梁！
【缓冲流、转换流】

练习：转换文件编码

将GBK编码的文本文件，转换为UTF-8编码的文本文件。

案例分析

指定GBK编码的转换流，读取文本文件。
使用UTF-8编码的转换流，写出文本文件。

案例实现

public class TransDemo {
   public static void main(String[] args) {      
    	// 1.定义文件路径
     	String srcFile = "file_gbk.txt";
        String destFile = "file_utf8.txt";
		// 2.创建流对象
    	// 2.1 转换输入流,指定GBK编码
        InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream(srcFile) , "GBK");
    	// 2.2 转换输出流,默认utf8编码
        OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(destFile));
		// 3.读写数据
    	// 3.1 定义数组
        char[] cbuf = new char[1024];
    	// 3.2 定义长度
        int len;
    	// 3.3 循环读取
        while ((len = isr.read(cbuf))!=-1) {
            // 循环写出
          	osw.write(cbuf,0,len);
        }
    	// 4.释放资源
        osw.close();
        isr.close();
  	}
}

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【缓冲流、转换流】

【缓冲流、转换流】

主要内容

缓冲流

概述

1.2 字节缓冲流

构造方法

效率测试

字符缓冲流

构造方法

特有方法

转换流

字符编码和字符集

字符编码

字符集

编码引出的问题

InputStreamReader类

构造方法

指定编码读取

OutputStreamWriter类

构造方法

指定编码写出

转换流理解图解

练习：转换文件编码

案例分析

案例实现