精通IO流：文件处理的必备技能！

追梦Java 2024-07-17

我们在掌握了 File 类、字节流、字符流，学会了 IO 操作的套路之后，IO 操作基本上就能处理日常工作中80%的常用问题了。
今天再给大家介绍一下处理流，学会处理流之后，日常工作中的文件操作就都可以应对了，掌握了下面的处理流，你将如虎添翼。

我们知道从 IO 流的功能来划分，IO 流分为：节点流和处理流。其中，节点流是用来包装数据源（File）的，它直接和数据源连接，表示从一个节点读取数据或者把数据写入到一个节点；处理流是用来包装节点流的，它是对一个已经存在的节点流进行连接，处理流通过增加缓存的方式来提高输入输出操作的性能。

处理流按照功能划分，可以分为：缓冲流、转换流、数据处理流、对象处理流。缓冲流是为了提高处理性能的，转换流是字节流转换为字符流用于处理乱码的（解码与编码的字符集问题），数据处理流就是对 8个基本类型和字符串类型数据的直接处理，对象数据处理流就是经常说的序列化与反序列化操作。

缓冲流

1、认识字节缓冲流

字节缓冲流就是用缓冲流包裹字节流，也就是说在创建缓冲流对象的时候，需要传入一个字节流的对象，同时会创建一个默认 8KB 的字节数组的缓冲区，通过这个缓冲区进行读写操作，以减少 IO 的次数，从而提高字节流的处理性能。

字节缓冲流分为：字节输入缓冲流 BufferedInputStream 和字节输出缓冲流 BufferedOutputStream，以下代码是字符缓冲流的源码：

 // 字节输入缓冲流的构造方法
 private static int DEFAULT_BUFFER_SIZE = 8192;  // 默认8KB
 public BufferedInputStream(InputStream in) {
        this(in, DEFAULT_BUFFER_SIZE);
}
 public BufferedInputStream(InputStream in, int size) {
        super(in);
        if (size <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("Buffer size <= 0");
        }
        buf = new byte[size];  // 建立缓冲区
}
 // 节输出缓冲流的构造方法
 public BufferedOutputStream(OutputStream out) {
        this(out, 8192); // 默认8KB
}
 public BufferedOutputStream(OutputStream out, int size) {
        super(out);
        if (size <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("Buffer size <= 0");
        }
        buf = new byte[size]; // 建立缓冲区
}

2、用字节缓冲流实现文件拷贝功能

@Test
  public void testCopy() throws IOException {
    // 1、使用File类与文件建立联系
    File src = new File("D:/file/image/tomcat.png");
    File dest = new File("D:/file/image/tomcat2.jpg");
    // 2、选择对应的输入流或者输出流
    InputStream is = new BufferedInputStream(new FileInputStream(src)); // 用缓冲流包裹节点流
    OutputStream os = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(dest)); // 用缓冲流包裹节点流
    // 3、进行读写操作
    byte[] b = new byte[1024];
    int len = 0;
    while ((len = is.read(b)) != -1) {
      os.write(b, 0, len);
    }
    os.flush();
    // 4、关闭资源
    os.close();
    is.close();
  }

运行结果：

3、认识字符缓存流

字符缓冲流就是用缓冲流包裹字符流，也就是说在创建缓冲流对象的时候，需要传入一个字符流的对象，同时会创建一个默认 8KB 的字符数组的缓冲区，通过这个缓冲区进行读写操作，以减少 IO 的次数，从而提高字符流的处理性能。

字符缓冲流分为：字符输入缓冲流 BufferedReader 和字符输出缓冲流 BufferedWriter，以下代码是字符缓冲流的源码：

// 字符输入缓冲流的构造方法
private static int defaultCharBufferSize = 8192; // 默认8KB
public BufferedReader(Reader in) {
        this(in, defaultCharBufferSize);
}
public BufferedReader(Reader in, int sz) {
        super(in);
        if (sz <= 0)
            throw new IllegalArgumentException("Buffer size <= 0");
        this.in = in;
        cb = new char[sz]; // 建立缓冲区
        nextChar = nChars = 0;
}
// 字符输出缓冲流的构造方法
private static int defaultCharBufferSize = 8192; // 默认8KB
public BufferedWriter(Writer out) {
        this(out, defaultCharBufferSize);
}
public BufferedWriter(Writer out, int sz) {
        super(out);
        if (sz <= 0)
            throw new IllegalArgumentException("Buffer size <= 0");
        this.out = out;
        cb = new char[sz];  // 建立缓冲区
        nChars = sz;
        nextChar = 0;
        lineSeparator = java.security.AccessController.doPrivileged(
            new sun.security.action.GetPropertyAction("line.separator"));
}

4、用字符缓冲流实现文件拷贝功能

/**
   * 字符缓冲流只能处理纯文本的copy
   */
  @Test
  public void testCopy1() throws IOException {
    // 1、使用File类与文件建立联系
    File src = new File("D:/file/txt/output_char.txt");
    File dest = new File("D:/file/image/output_char_coppy.txt");
    // 2、选择对应的输入流或者输出流
    // 想使用新增的readLine方法（不能发生多态）
    BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(src));// 用缓冲流包裹节点流
    BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter(dest, true));// 用缓冲流包裹节点流
    // 3、进行读或写操作
    String line = null;
    while ((line = reader.readLine()) != null) {
      writer.write(line);
      writer.newLine(); // 类似于writer.append("\r\n");
    }
    writer.flush(); // 强制刷出
    // 4、关闭资源
    writer.close();
    reader.close();
  }

运行结果：

因为缓冲流可以提高文件操作的性能，所以在以后的开发中，大家尽量要用缓冲流对节点流进行包装，不要直接使用字节流和字符流去操作文件。

通过以上的代码大家再来体会一下 IO 流操作的套路，是不是套路在手，操作不愁啊！

转换流

1、乱码产生的原因

我们首先来看两个概念，什么是编码，什么是解码？要区分这两个概念的话，也比较好理解：我们从码的角度出发来认识它们，码就是计算机能看懂的东西，也就是“二进制”，等同于字节，人类能看懂的语言是“字符或者字符串”。

如果是人类能看懂的变为计算机能看懂的就叫编码，也就是说“字符或者字符串”变为字节就是编码，反过来，如果是计算机能看懂的变为人类能看懂的就叫解码，也就是说字节变为“字符或者字符串”就是解码。

大家可以通过加密和解密来对比理解，人看不懂就是加密，人能看到就是解密。

乱码产生的原因有两个：

1、编码与解码的字符集不相同，导致乱码；

2、字节缺少或者长度丢失，导致乱码；

/**
   * 乱码的原因
   */
  @Test
  public void test() throws UnsupportedEncodingException {
    // 默认字符集“utf-8”
    System.out.println("默认字符集:" + System.getProperty("file.encoding"));
    String info = "北京欢迎您！"; // 解码
    byte[] data = info.getBytes(); // 编码：char--->byte，字符或者字符串到字节
    // 编码与解码字符集统一，都使用工作空间默认的字符集
    System.out.println(new String(data)); // 解码：byte--->char，字节到字符或者字符串
    // 不统一则出现乱码
    System.out.println(new String(data, "GBK"));


    // 编码与解码的字符集必须相同，否则乱码
    byte[] data2 = "JPM，你好！".getBytes("GBK");// 编码
    String info2 = new String(data2, "GBK");// 解码
    System.out.println(info2);


    // 乱码的原因之二，字节缺少，长度丢失
    String str = "北京";
    byte[] data3 = str.getBytes();
    System.out.println(data3.length); // 6
    System.out.println(new String(data3, 0, 5)); // 字节数不完整导致乱码
  }

运行结果：

默认字符集:UTF-8
北京欢迎您！
鍖椾含娆㈣繋鎮紒
JPM，你好！
6
北�

2、认识转换流

在 Java IO 中除了字节流和字符流外，还有一组字节流转换位字符流的类，用于处理乱码问题。

字节输入流 InputStreamReader：作用是将输入的字节流变为字符流。

字节输出流 OutputStreamWriter：作用是将输出的字节流变为字符流。

转换流只能是把字节流转为字符流，从而完成它的使命，那是因为字符流不能设置字符集，只能是把字符流变为字节流才能进行字符集的设置，因为字节流才有设置字符集的方法。

// 输入流 InputStreamReader 解码
public InputStreamReader(InputStream in, String charsetName)
        throws UnsupportedEncodingException
    {
        super(in);
        if (charsetName == null)
            throw new NullPointerException("charsetName");
        sd = StreamDecoder.forInputStreamReader(in, this, charsetName);
    }
    
//输出流 OutputStreamWriter 编码
public OutputStreamWriter(OutputStream out, String charsetName)
        throws UnsupportedEncodingException
    {
        super(out);
        if (charsetName == null)
            throw new NullPointerException("charsetName");
        se = StreamEncoder.forOutputStreamWriter(out, this, charsetName);
    }

3、转换流的文件拷贝demo，仔细体会注释的文字

/**
   * 转换流：字节转为字符<br>
   * 1、输入流 InputStreamReader 解码<br>
   * 2、输出流 OutputStreamWriter 编码<br>
   * 仔细体会注释的文字
   */
  @Test
  public void test2() throws IOException {
    String srcPath = "D:/file/txt/output_char.txt";
    String destPath = "D:/file/txt/output_char_convert.txt";
    // FileReader（字符流）不能解码，FileInputStream（字节流）才能解码
//    BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(new File(srcPath)));  
    // 字符流FileReader要换成字节流FileInputStream，但是字节流与字符流不能直接操作，需要通过转换流InputStreamReader来实现
    BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(new File(srcPath)), "UTF-8")); // 指定解码字符集
    // FileWriter（字符流）不能编码，FileOutputStream（字节流）才能编码
//    BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter(new File(destPath))); 
    // 字符流FileWriter要换成字节流FileOutputStream，但是字节流与字符流不能直接操作，需要通过转换流OutputStreamWriter来实现
    BufferedWriter wr = new BufferedWriter(
        new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(new File(destPath)), "UTF-8"));// 指定编码字符集
    // 读取并写出
    String line = null;
    while ((line = br.readLine()) != null) {
      wr.write(line);
      wr.newLine();
    }
    wr.flush();
    wr.close();
    br.close();
  }

运行结果：

数据处理流

在 Java IO 中，提供了两个数据（基本数据类型+String）操作流，分别是数据输入流 DataInputStream 和数据输出流 DataOutputStream。

下面直接通过一个例子来演示数据处理流的用法：

@Test
  public void test() throws IOException {
    write("D:/file/txt/data.txt"); // 写到文件
    read("D:/file/txt/data.txt"); // 从文件读取
  }
  /**
   * 基本数据类型+String类型输出到文件
   */
  public static void write(String destPath) throws IOException {
    int intNum = 100;
    long longNum = 999L;
    float floatNum = 3.14f;
    double doubleNum = 5.50;
    String str = "基本数据类型+String类型输出到文件";
    File dest = new File(destPath);
    DataOutputStream dos = new DataOutputStream(new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(dest)));
    // 操作：注意写出的顺序，读取要和写出的顺序一致
    dos.writeInt(intNum);
    dos.writeLong(longNum);
    dos.writeFloat(floatNum);
    dos.writeDouble(doubleNum);
    dos.writeUTF(str);
    dos.flush();
    dos.close();
  }
  /**
   * 从文件里读取基本数据类型+String类型
   */
  public static void read(String srcPath) throws IOException {
    File src = new File(srcPath);
    DataInputStream dis = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(src)));
    int intNum = dis.readInt();
    long longNum = dis.readLong();
    float floatNum = dis.readFloat();
    double doubleNum = dis.readDouble();
    String str = dis.readUTF();
    dis.close();
    // 100---->999---->3.14---->5.5---->基本数据类型+String类型输出到文件
    System.out.println(intNum + "---->" + longNum + "---->" + floatNum + "---->" + doubleNum + "---->" + str);
  }

运行结果：

100---->999---->3.14---->5.5---->基本数据类型+String类型输出到文件

对象处理流

对象处理流的操作就是我们经常说的序列化与反序列化操作。序列化就是把一个对象变为二进制流的一种方法，通过对象序列化可以方便地实现对象的传输和存储，反过来，如果把一个对象读入到程序的过程及时反序列化。序列化操作需要使用输出流 ObjectOutputStream 进行输出，反序列化操作需要使用输出流 ObjectInputStream 进行读取对象数据。

如果一个类的对象想被序列化，这个类必须实现 Serializable 接口，同时要注意这个类对象的版本兼容问题，一般我们再要进行序列化的类中设置一个固定的 serialVersionUID 常量，这个值只要不修改，序列化和反序列化操作就不会发生版本兼容问题。

为了减少保存对象的使用空间，可以把一个类的某个属性设置为不被序列化，当实现 Serializable 接口实现序列化的时候，可以使用 transient 关键字进行声明。

下面直接通过一个例子来演示对象处理流的用法：

/**
   * 对象的序列化以及反序列化操作
   */
  @Test
  public void test() throws FileNotFoundException, IOException, ClassNotFoundException {
    String filePath = "D:/file/txt/object.txt";
    serializa(filePath);
    Object object = UnSerializa(filePath);
    if (object instanceof User) {
      object = (User) object;
    }
    // User [name=JPM, age=18, address=null]，因为address属性被transient修饰，没有被序列化，所以为null
    System.out.println(object.toString());
  }


  /**
   * 对象序列化：对象变为二进制流的方法
   */
  public static void serializa(String destPath) throws FileNotFoundException, IOException {
    File dest = new File(destPath);
    ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(dest)));
    User user = new User("JPM", 18, "中国，北京！");
    oos.writeObject(user);
    oos.flush();
    oos.close();
  }


  /**
   * 对象反序列化：使用对象输入流读取对象数据
   */
  public static Object UnSerializa(String srcPath) throws FileNotFoundException, IOException, ClassNotFoundException {
    Object object = null;
    File scr = new File(srcPath);
    ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(scr)));
    object = ois.readObject();
    ois.close();
    return object;
  }
  
/**
 * 序列化与反序列化的对象，必须实现Serializable接口
 */
public class User implements Serializable {


  private static final long serialVersionUID = -6954786920974801199L;


  private String name;
  private int age;
  // transient修饰的属性不会被序列化
  private transient String address; 


  public User() {
    super();
  }


  public User(String name, int age, String address) {
    super();
    this.name = name;
    this.age = age;
    this.address = address;
  }


  public String getName() {
    return name;
  }


  public void setName(String name) {
    this.name = name;
  }


  public int getAge() {
    return age;
  }


  public void setAge(int age) {
    this.age = age;
  }


  public String getAddress() {
    return address;
  }


  public void setAddress(String address) {
    this.address = address;
  }


  @Override
  public String toString() {
    return "User [name=" + name + ", age=" + age + ", address=" + address + "]";
  }


}

运行结果：

User [name=JPM, age=18, address=null]

这是 Java IO 操作的第三篇文章，文章有点长，坚持看下来的小伙伴们也非常不容易，但是我想说，能坚持看完这三篇 IO 文章的同学，你一定掌握了 Java IO 处理的套路，面对未来开发中涉及到的 IO 操作，一定会更加从容自如，如果你能把所有的示例代码手动敲一遍，那你的感觉就会更加美好，不信你试试。

回顾一下：

IO 第一篇：带你认识 File 类 我们对 File 的使用做了详细介绍；

IO 第二篇：IO 流，掌控一切我们对 IO 流的操作套路有了深刻认识；

IO 第三篇：就是本文，我们对不能不懂的 IO 处理流进行了总结；

Java IO 系列第四篇：IO 操作大结局，敬请期待。

字节流 string 字符编码编码转换序列化

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精通IO流：文件处理的必备技能！

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