java I/O體系總結
I/O流的了解
先看看流的概念
流是一組有順序的，有起點和終點的位元組集合，是對資料傳輸的總稱或抽象。即資料在兩裝置間的傳輸稱為流，流的本質是資料傳輸，根據資料傳輸特性将流抽象為各種類，友善更直覺的進行資料操作。
通俗的說，有兩個檔案A和B，想要把A的内容拷貝到B中，可以假設兩檔案間有一個通道，把A的資料按位元組或是字元的形式傳送給B。這個通道就是java I/O體系流的概念，即可以把流當做抽象的通道。
了解了流的概念，流的分類也就很好明白了。以流的方向來說，流從外界（網絡或磁盤）讀取到程式（記憶體）中，就是輸入流。流從程式流向外界就是輸出流。
基礎的流
流又可按傳輸的資料類型分為位元組流和字元流。簡單了解就是傳輸是二進制的位元組（位元組流）還是直接可以看懂的字元（字元流）。結合輸入輸出流，java的I/O流基礎的類（接口）主要有以下幾個：
- InputStream(輸入位元組流)
- OutputStream（輸出位元組流）
- Reader(輸入字元流)
- Writer(輸出字元流)
關于位元組流
位元組流是最基本的I/O處理流，之是以基本，是因為所有形式的儲存（檔案，磁盤或網絡）底層都是以位元組形式存儲的。InputStream是所有位元組輸入流的父類，OutputStream是所有位元組輸出流的父類。位元組流主要用于處理二進制資料。處理機關主要是位元組或位元組數組。
關于字元流
鑒于有些檔案是以文本存儲的，為友善操作，于是有了字元流。字元流主要用于處理字元或字元串。每個字元占兩個位元組。在實作上，字元流即由java虛拟機将位元組轉為字元（每2個位元組轉為一個字元）形成的。字元輸入流的父類是Reader，字元輸出流的父類是Writer。
示例
其他流都是基于以上4個基礎接口做的擴充及實作。就以檔案傳輸為例，傳輸類型為位元組，則有FileInputStream（檔案輸入流）和FileOutputStream（檔案輸出流）。看下示例：
/**
* 輸入流測試
* 将磁盤中的檔案讀取到記憶體中，以位元組的形式
* 要讀取的檔案為hello.txt，其中内容為"hello,world"
*/
@Test
public void testInputStream() throws Exception {
InputStream inputStream = null;
try {
//代表磁盤檔案
File file = new File("/Users/wangtonghe/local/tmp/hello.txt");
// 建構輸入流
inputStream = new FileInputStream(file);
int b = 0;
// 擷取到流的内容
while ((b = inputStream.read()) != -1) {
// 輸出流的内容
System.out.println((b);
}
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (inputStream != null) {
inputStream.close();
}
}
}
上面這個示例很簡單，就是将待操作檔案包裝到檔案輸入流中，讀取到記憶體。
看一個整體的示例吧，字元類型的檔案輸入輸出。将a.txt的内容拷貝到b.txt中。FileWriter表示檔案字元輸出類，FileReader表示檔案字元輸入類。
一般的做法是，将a.txt包裝到檔案輸入流，讀取到記憶體。再通過檔案輸出流輸出到b.txt檔案中。
用圖表述即為
@Test
public void testFile() throws Exception {
File aFile = new File("/Users/wangtonghe/local/tmp/a.txt");
File bFile = new File("/Users/wangtonghe/local/tmp/b.txt");
FileReader reader = null;
FileWriter writer = null;
try {
// 建構檔案輸入流
reader = new FileReader(aFile);
// 建構檔案輸出流
writer = new FileWriter(bFile);
char[] chars = new char[1024];
int len = 0;
// 讀取輸入流
if ((len = reader.read(chars)) != -1) {
//寫入輸出流
writer.write(chars, 0, len);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (reader != null) {
reader.close();
}
if (writer != null) {
writer.close();
}
}
}
位元組流與字元流的差別
- 操作對象不同，這是最基本的差別。位元組流操作位元組或位元組數組；字元流操作字元或字元串。
- 位元組流對終端（檔案等）直接進行操作，而字元流使用緩沖區（即先把資料寫入緩存區，再對緩存區進行操作）
- 由于2的存在，對位元組的操作會直接影響終端（檔案）結果，而對字元流的操作最後必須關閉流或強制重新整理流才能寫入資料，否則隻是寫到了緩存區，檔案等終端不受影響。
- 詳見 java 位元組流與字元流的差別
兩種流的互相轉化
InputStreamReader以及OutputStreamWriter 負責兩種流的互相轉換。（一般是位元組流轉字元流）
InputStreamReader可以将位元組輸入流轉為字元輸入流；OutputStreamWriter可以将位元組輸出流轉為字元輸出流。
轉化過程如下：
//文本檔案
File aFile = new File("/Users/wangtonghe/local/tmp/a.txt");
// 檔案位元組流
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(aFile);
// 位元組流轉為字元流
Reader reader = new InputStreamReader(fileInputStream);
轉化流構造方法及用法如下
- InputStreamReader(InputStream); //通過構造函數初始化，使用的是本系統預設的編碼表GBK。
- InputStreamReader(InputStream input,String charSet); //通過該構造函數初始化，可以指定編碼表。
- OutputStreamWriter(OutputStream); //通過該構造函數初始化，使用的是本系統預設的編碼表GBK。
- OutputStreamWriter(OutputStream,String charSet); //通過該構造函數初始化，可以指定編碼表
I/O流概覽
java體系I/O流大緻類及結構就如上圖所示。
簡要介紹一下
輸入位元組流InputStream
- InputStream 是所有的輸入位元組流的父類，它是一個抽象類。
- ByteArrayInputStream、StringBufferInputStream、FileInputStream 是三種基本的媒體流，它們分别從Byte數組、StringBuffer、和本地檔案中讀取資料。
- ObjectInputStream 和所有FilterInputStream 的子類都是裝飾流（裝飾器模式的主角）。
同理輸出位元組流OutputStream與此類似
- OutputStream 是所有的輸出位元組流的父類，它是一個抽象類。
- ByteArrayOutputStream、FileOutputStream 是兩種基本的媒體流，它們分别向Byte 數組、和本地檔案中寫入資料。
- ObjectOutputStream 和所有FilterOutputStream 的子類都是裝飾流。
I/O體系的裝飾器模式
關于I/O體系，一定要談的就是其裝飾器的設計模式。
裝飾器模式
概念 裝飾器模式（Decorator Pattern）允許向一個現有的對象添加新的功能，同時又不改變其結構。它能讓我們在擴充類的時候讓系統較好的保持靈活性。
這裡就不具體介紹裝飾器模式了，可以看看Java設計模式12：裝飾器模式
java I/O中實作裝飾器模式主要由FilterInputStream及其子類(輸入流)和FilterOutputStream及其子類完成。
如BufferedInputStream，有緩沖功能的輸入流，可修飾FileIntputStream使其擁有緩沖功能。
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(new File("/home/user/abc.txt")));
參考文章
- java 位元組流與字元流的差別
- 位元組流與字元流的差別詳解
- Java IO流學習總結一：輸入輸出流
- Java設計模式12：裝飾器模式
- Java IO : 流，以及裝飾器模式在其上的運用