一文带你了解Java的I O机制

爱被打了一巴掌 2023-10-12 18:55 48阅读 0赞

#### Java I/O ####

*  一：故事背景
 *  二：什么是Java的I\\O机制
 *   *  2.1 流
     *   *  2.1.2 字节流和字符流的区别
         *  2.1.3 输入流和输出流的区别
     *  2.2 文件 I/O
     *  2.3 缓冲 I/O
     *  2.4 标准 输入/输出
     *  2.5 对象序列化与反序列化
     *  2.6 N I/O
 *  三：画图表示Java I/O机制
 *   *  3.1 输入输入系统流程示意
     *  3.2 输入流
     *  3.3 输出流
 *  四：Java I/O 常用API
 *   *  4.1 FileInputStream和FileOutputStream
     *  4.2 BufferedReader和BufferedWriter
     *  4.3 Socket和ServerSocket：
 *  五：总结

## 一：故事背景 ##

最近在回顾Java的I/O机制,之前通过Java的I/O操作，做过对应的文件上传工作。对接过其它三方的平台，通过流的方式进行过文件上传。但是一直没有系统的总结过，Java的流以及Java的流操作。今天就在这里总结一下Java的 I/O操作，介绍一下流的概念，以及常用的API。

## 二：什么是Java的I\\O机制 ##

在说JavaI/O之前，让我们先来明确几个概念：

### 2.1 流 ###

*  Java中的 I/O操作主要通过流的方式进行。
 *  流是对字节序列的抽象，用于从输入源读取数据（Input）或者将数据写入输入目标（output）。
 *  Java中的流分为两类：字节流（InputStream和OutputStream）、字符流（Reader和Writer），这两类又按照功能可以分为输入流（InputStream、Reader）和输出流（OutputStream、Writer）。

#### 2.1.2 字节流和字符流的区别 ####

字符流和字节流主要有以下几个方面的区别：

1.  数据单元
    
     *  字节流以字节（byte）为单位进行读取和写入操作
     *  字符流以字符（char）为单位进行读取和写入操作
2.  处理内容
    
     *  字节流适合处理二进制数据。（例如：图像、音频、视频）
     *  字符流适合处理文本数据。（以字符为单位处理）
3.  底层实现
    
     *  字节流底层用**字节序列**进行读写，通常直接操作底层字节流（文件流、网路流）
     *  字符流通弄过**字符序列**进行读写，通常建立在字节流之上，使用编码（如：utf-8） 将字符转为字节。
4.  缓冲性能
    
     *  字节流通过（BufferedInputStream和BufferedOutputStream），提高I/O性能
     *  字符流通过（BufferedReader和BufferedWriter），提高I/O性能

#### 2.1.3 输入流和输出流的区别 ####

*  输入流（InputStream、Reader）：用于从源读取数据、例如从文件、网络连接、标准输入流（键盘输入）中读取数据。
 *  输出流（OutputStream/Writer）用于向目标写入数据，例如写入数据到文件、网络连接或标准输出流（屏幕输出）。

### 2.2 文件 I/O ###

*  Java提供了File类和FileInputStream/FileOutputStream类，用于读取和写入文件。
 *  可以使用FileInputStream来打开文件并读取其中的数据，使用FileOutputStream来创建文件并写入数据。

### 2.3 缓冲 I/O ###

*  Java提供了缓冲流（BufferedInputStream/BufferedOutputStream和BufferedReader/BufferedWriter）来提高I/O性能。
 *  缓冲流通过在内存中缓冲数据，减少了每次对物理设备的实际读写操作，从而提高效率。

### 2.4 标准 输入/输出 ###

Java中标准流一共分为三种：

*  System.out 标准输出流
 *  System.in 标准输入流
 *  System.err 标准错误流

### 2.5 对象序列化与反序列化 ###

*  Java的对象序列化机制允许将对象转换为字节流，以便在网络上传输或存储到文件中。
 *  可以使用ObjectInputStream和ObjectOutputStream来读取和写入序列化对象。

### 2.6 N I/O ###

*  ava NIO是Java 1.4引入的一种更高级的I/O API。
 *  NIO提供了非阻塞I/O操作和高性能的I/O处理方式，适用于处理大量并发连接的场景。
 *  NIO使用通道（Channel）和缓冲区（Buffer）来进行数据读写操作，通过Selector进行事件驱动的多路复用。

## 三：画图表示Java I/O机制 ##

### 3.1 输入输入系统流程示意 ###

此图表示与给输入输出的一个整个的过程：  
![在这里插入图片描述][7a4eea8653d84a5294987355f74ee4c8.png]

### 3.2 输入流 ###

上文我们提到了Java中的流主要分为 字节流和字符流，这里主要给出字节流和字符流的图的示意

字节输入流：  
![在这里插入图片描述][ed4c138b62ea4a1ab9571a43b29deae3.png]  
字符输入流：  
![在这里插入图片描述][d97cd401b9a04da08745d78207f49f9c.png]

### 3.3 输出流 ###

字符输入流：

![在这里插入图片描述][41f900a80f664309a4d6e8f50e61557d.png]  
字符输出流：  
![在这里插入图片描述][ca33e71a1a704951ad3a265a3f298cec.png]

## 四：Java I/O 常用API ##

### 4.1 FileInputStream和FileOutputStream ###

FileInputStream和FileOutputStream是文件常用的处理类，可以用来进行文件的输入与输出操作。

import java.io.FileInputStream;
    import java.io.FileOutputStream;
    import java.io.IOException;
    
    public class FileIOExample {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            try {
        
                // 文件输入流
                FileInputStream input = new FileInputStream("input.txt");
                // 文件输出流
                FileOutputStream output = new FileOutputStream("output.txt");
                
                // 读取文件并写入到另一个文件
                int data;
                while ((data = input.read()) != -1) {
        
                    output.write(data);
                }
                
                // 关闭流
                input.close();
                output.close();
            } catch (IOException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

### 4.2 BufferedReader和BufferedWriter ###

BufferedReader和BufferedWriter（用于带缓冲的文本输入和输出）：

import java.io.BufferedReader;
    import java.io.BufferedWriter;
    import java.io.FileReader;
    import java.io.FileWriter;
    import java.io.IOException;
    
    public class BufferedIOExample {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            try {
        
                // 读取文件
                BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("input.txt"));
                // 写入文件
                BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter("output.txt"));
                
                // 逐行读取并写入到另一个文件
                String line;
                while ((line = reader.readLine()) != null) {
        
                    writer.write(line);
                    writer.newLine(); // 写入换行符
                }
                
                // 关闭流
                reader.close();
                writer.close();
            } catch (IOException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

### 4.3 Socket和ServerSocket： ###

用于网络编程中的套接字通信:

import java.io.IOException;
    import java.io.InputStream;
    import java.io.OutputStream;
    import java.net.ServerSocket;
    import java.net.Socket;
    
    public class SocketExample {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            try {
        
                // 创建服务器套接字并监听指定端口
                ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
                System.out.println("Server started. Waiting for client connection...");
                
                // 等待客户端连接
                Socket clientSocket = serverSocket.accept();
                System.out.println("Client connected.");
                
                // 获取输入流和输出流
                InputStream input = clientSocket.getInputStream();
                OutputStream output = clientSocket.getOutputStream();
                
                // 读取客户端发送的数据
                byte[] buffer = new byte[1024];
                int bytesRead = input.read(buffer);
                String data = new String(buffer, 0, bytesRead);
                System.out.println("Received data from client: " + data);
                
                // 向客户端发送响应数据
                String response = "Hello from server!";
                output.write(response.getBytes());
                
                // 关闭流和套接字
                input.close();
                output.close();
                clientSocket.close();
                serverSocket.close();
            } catch (IOException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

## 五：总结 ##

本文给出了I/O和N/IO的具体概念和示例。大家感兴趣可以将代码复制到本地，跑一跑，尝试运行。通过调试的方式，理解java的I/O的使用。

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