[Java] Java IO

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Java IO 是 Java 的一套 API, 用於讀入和寫出資料(輸入和輸出)。Java IO API 位於 java.io package。實際上 java.io package 沒有解決所有的輸入輸出情況，例如，web 頁面沒有包含在 Java IO package 裡面，而是由 Java 企業版本的 servlet 和 HTTP package 處理。

Java IO package 關注檔案、網路流(Network Stream), 記憶體緩衝區(internal memory buffer)的輸入輸出。Java IO package 沒有包含用於開啟網路通訊端(Network socket) 的類。網路通訊端由 Java Network API 開啟，然後 Java IO 的 InputStream / OutputStream 從開啟的通訊端讀入，或者向開啟的通訊端寫出資料。

Java NIO 用於處理非阻塞的輸入輸出操作。

 

Input 和 Output

最常見的資料來源或目的地有：

檔案

管道

網路連接

記憶體緩衝區

System.in, System.out, System.error

 

本質的資料流動請求如下

Source -> Program -> Destination

 

Stream

Stream 是 Java IO 的核心概念。Stream  是一個無盡頭的資料流，可以從一個 Stream 讀取資料，也可以向一個 Stream 寫入資料。Stream 沒有下標，也不能向前向後地移動，和數組不一樣。

Stream 可以簡單分為基於位元組(byte based)，或者基於字元(character based)。

基於位元組的 stream 一般叫做 xxxxxxStream，例如 InputStream, OutputStream。這些 stream 一次唯讀入或寫出一個位元組，除了 DataInputStream / DataOutputStream。DataInputStream / DataOutputStream 用於處理 int / long / boolean 等類型。

基於字元的 stream 一般叫做 xxxxxxReader 或 xxxxxxWriter。

程式通過 InputStream 或者 Reader 讀入資料，通過 OutputStream 或者 Writer 寫出資料。

Source -> InputStream / Reader -> Program

Program -> OutputStream / Writer -> Destination 

 

如果需要寫組件用於輸入或輸出，盡量讓組件依賴於 InputStream / OutputSteam，而不是他們的具體子類，使得代碼更加靈活應變。例如

InputStream is = new FileInputStream(filepath);

OutputSteam os = new FileOutputStream(filepath);

 

一次從檔案讀取一個位元組是非常慢的，使用 BufferedInputStream 一次讀取一大塊資料會快很多。例子

InputStream is = new BufferedInputStream(new FileInputStream("/Users/.../a.txt"));

緩衝(buffer) 也適用於 OutputStream，用於批量寫出到硬碟。

 

	Byte Based		Character Based
	Input	Output	Input	Output	comment
Basic	InputStream	OutputStream	Reader InputStreamReader	Writer OutputStreamWriter
Arrays
Files	FileInputStream	FileOutputStream	FileReader	FileWriter
Pipes
Buffering	BufferedInputStream	BufferedOutputStream			In memory, better performance
Filter
Parsing	PushbackInpustream		PushbackReader
String
Data
Data-formated
Object
Utilities

 

 

 

InputStream 和 OutputStream

InputStream 是 Java IO API 中所有 input stream 的基礎類。InputSream 下面的子類有 FileInputStream, BufferedInputStream。 InputStream 例子

            InputStream is = new FileInputStream("/Users/.../a.txt");                        int data = is.read();            while(data != -1){                System.out.print((char)data);                data = is.read();                }

 

FileInputStream 是 InputStream 的子類。例子中省略了異常的處理。

當 read() 方法返回 -1 時，說明 stream 以及沒有內容可以讀取了。-1 是 int 值，而不是 byte 或 short 值。

read(byte[]) 方法一次讀取位元組數組，返回讀入的位元組數。read(byte[]) 比一次唯讀取一個位元組的 read() 要快。每次都需要檢查 read(byte[]) 的傳回值，來瞭解讀取的資料大小。

mark() 和 reset() 方法主要用於實現解譯器，用到情況小。

 

OutputStream 是 Java IO API 中所有 output stream 的基礎類。OutputStream 下面的子類有 FileOutputStream, BufferedOutputStrea。OutputStream 例子

            OutputStream os = new FileOutputStream("/Users/.../b.txt");            byte[] b = {‘h‘, ‘e‘, ‘l‘, ‘l‘};            os.write(b);            os.close();

 

write(byte[]) 方法將 byte 數組中的所有位元組寫入到 OutputStream 中

flush() 方法，將已經寫出 OutputSteam 的資料清刷(寫出)到底層的資料目的地。例如，如果 OutputStream 是 FileOutputStream，寫出到 FileOutputStream 的位元組還沒有全部寫出到硬碟。即使 java 代碼已經將資料寫出到 FileOutputStream，資料可能還在緩衝區而已。通過 flush() 方法，可以確保資料都清刷到硬碟(或網路)。

close() 方法，用於關閉 stream。通常位於 final 代碼塊。

 

Reader 和 Writer 

Reader 和 Writer 在 Java IO 中的功能類似於 InputStream 和 OutputStream，差異點在於 Reader 和 Writer 基於字元。

Reader 是 Java IO API 中又有 reader 的基礎類。Reader 下面的子類有 BufferedReader, InputStreamReader, StringReader。例子

            Reader reader = new FileReader("/Users/.../a.txt");            int data = reader.read();                        while(data != -1){                System.out.print((char)data);                data = reader.read();            }

InputStream 一次返回 8 bit( 一個 byte ) 的值 (0 到 255)

Reader 一次返回 16 bit 的值 ( 0 到 65535)， 可能是一個或多個 byte，取決於文本採用的編碼格式。

Reader 可以套在 InputStream 外面，來讀取字元。

            InputStream is = new FileInputStream("/Users/.../a.txt");            Reader rd = new InputStreamReader(is);

Writer 可以類似地套在 OutputStream 外面，寫出字元。

            OutputStream os = new FileOutputStream("/Users/.../b.txt");            Writer wt = new OutputStreamWriter(os);            wt.write("qqq");            wt.close();

Reader / Writer 子類的的組裝

            Reader reader = new BufferedReader(new FileReader("/Users/.../a.txt"));            Writer writer = new BufferedWriter(new FileWriter("/Users/.../c.txt"));

 

參考資料

Java IO Tutorial, jenkov

 

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