一文带你了解Java的I O机制-蒲公英云

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：

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
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）
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。
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

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
字符输入流：

3.3 输出流

字符输入流：

在这里插入图片描述
字符输出流：

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();
        }
    }
}