Java IO 總結(jié)

概述

IO 即輸入輸出輸出系統(tǒng)，常見(jiàn)的操作系統(tǒng)，需要面對(duì)的介質(zhì)非常之多，常見(jiàn)的IO介質(zhì)有：

文件
網(wǎng)絡(luò)
內(nèi)存緩存
標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出
線程通信

流

JDK設(shè)計(jì)了一系列接口和類(lèi)，使面向不同的介質(zhì)的IO操作都可以通過(guò)類(lèi)似的接口來(lái)實(shí)現(xiàn),這類(lèi)接口都源自同一個(gè)抽象概念**流

流的分類(lèi)

按照數(shù)據(jù)的流向可分為：

輸入流
輸出流

注意：輸入流輸出流是一個(gè)相對(duì)的概念，一般的從程序角度來(lái)定義：如果數(shù)據(jù)從程序流向設(shè)備則是輸出，反之則是輸入。

按照流的處理方式又可分為:

字節(jié)流
字符流

綜合來(lái)講流，可以按照如下分類(lèi)

	字節(jié)流	字符流
輸入流	InputStream	Reader
輸出流	OutputStream	Writter

JDK類(lèi)庫(kù)

JDK對(duì)流的設(shè)計(jì)采用了一種名為裝飾器的設(shè)計(jì)模式。以輸入流為例, 常見(jiàn)的輸出流類(lèi)的繼承結(jié)構(gòu)如下：

InputStream UML 圖

圖中 ByteArrayInputStream，StringBufferInputStream，FileInputStream，PipedInputStream，StringBufferInputStream 等類(lèi)直用于從不同介質(zhì)讀取數(shù)據(jù)，被稱(chēng)為原始流。而 FilterInputStream 以及他的子類(lèi)都有一個(gè)輸入?yún)?shù)為InputStream的構(gòu)造函數(shù)，用于包裝原始流以增加跟多的功能，這些類(lèi)被稱(chēng)為包裝類(lèi)。

對(duì)于 OutputStream，Reader，Writer JDK也采用了類(lèi)似的設(shè)計(jì)，這里不再贅述.

常用的字符流和字節(jié)流，原始流和包裝類(lèi)整理如下：

Stream	Original Stream	Wrapper
InputStream	ByteArrayInputStream StringBufferInputStream FileInputStream PipedInputStream	FilterInputStream PushbackInputStream LineNumberInputStream BufferedInputStream DataInputStream
OutputStream	FileOutputStream PipedOutputStream ByteArrayOutputStream	FileOutputStream BufferedOutputStream DataOutputStream
Reader	InputStreamReader StringReader CharArrayReader PipedReader	FilterReader PushbackReader BufferedReader LineNumberReader
Writter	InputStreamWritter StringWritter CharArrayWritter PipedWritter	FilterWritter PushbackWritter BufferedWritter LineNumberWritter

經(jīng)常使用的類(lèi)

文件IO

private static final String FILE_NAME = "D:\\test.txt";
private static final String NONSENS_CONTENT = "Once opon a time ...";

private static void writeFile() {
    File file = new File(FILE_NAME);
    FileOutputStream fos = null;
    try {
        if (!file.exists()) {
            file.createNewFile();
        }

        fos = new FileOutputStream(file);
        fos.write(NONSENS_CONTENT.getBytes());
        fos.flush();
    } catch (FileNotFoundException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        if (fos != null) {
            try {
                fos.close();
            } catch (IOException e) {
            }
        }
    }
}

private static void readFile() {
    File file = new File(FILE_NAME);
    FileInputStream fis = null;
    try {
        fis = new FileInputStream(file);
        byte[] bytes = new byte[(int) file.length()];
        int readCount = fis.read(bytes);
        String content = new String(bytes);
        System.out.print("readFile count:" + readCount + " content:" + content);
    } catch (FileNotFoundException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        try {
            fis.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

輸出結(jié)果:

readFile count:20 content:Once opon a time ...

為文件讀寫(xiě)增加緩存

將上面讀寫(xiě)的代碼修改為寫(xiě)入10000000次,并一次讀取64個(gè)字節(jié)，觀察下寫(xiě)入和讀取的時(shí)間：

Write

long start = System.currentTimeMillis();
byte bytes[] = NONSENS_CONTENT.getBytes();
fos = new FileOutputStream(file);
for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
    fos.write(bytes);
}
fos.flush();
long duration = System.currentTimeMillis() - start;
System.out.println("Write 10000000 strings to a file cost : " + duration);

Read

fis = new FileInputStream(file);
byte[] bytes = new byte[50];
long start = System.currentTimeMillis();
while (fis.available() > 0) {
    fis.read(bytes);
}
long duration = System.currentTimeMillis() - start;
System.out.println("Read all content string cost : " + duration);

輸出結(jié)果如下：

Write 10000000 strings to a file cost : 131039

Read all content string cost : 49534

對(duì)上述代碼再做修改，使用 BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream 來(lái)包裝 FileOutputStream 和 FileOutputStream 代碼如下：

Write

fos = new FileOutputStream(file);
bos = new BufferedOutputStream(fos, 1024);

Read

fis = new FileInputStream(file);
bis = new BufferedInputStream(fis, 1024);

輸出結(jié)果如下:
Write 10000000 strings to a file cost : 3552

Read all content string cost : 11093

從測(cè)試結(jié)果看，不論是讀寫(xiě)，速度都大大提升。

內(nèi)存IO

介質(zhì)為內(nèi)存的IO常有的流有：StringBufferInputStream,ByteArrayInputStream,PipedInputStream 等，前幾種比較簡(jiǎn)單，本章主要介紹下 PipedOutputStream 和 PipedInputStream。PipedInputStream 和 PipedOutputStream需要成對(duì)出現(xiàn)，用于一個(gè)線程向另外一個(gè)線程寫(xiě)數(shù)據(jù)，下面是一個(gè)例子：

private static class WriteThread extends Thread {
    PipedOutputStream mOut;

    public WriteThread(PipedOutputStream pos) {
        super();
        mOut = pos;
    }

    public void run() {
        try {
            mOut.write("Hello World".getBytes());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

private static class ReadThread extends Thread {
    PipedInputStream mIn;

    ReadThread(PipedInputStream pis) {
        super();
        mIn = pis;
    }

    public void run() {
        try {
            byte[] bytes = new byte[1024];
            int readCount = mIn.read(bytes);
            System.out.println("ReadCount : " + readCount + " content "
                    + new String(bytes, 0, readCount));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

public static void main(String[] args) {

    try {
        PipedInputStream pis = new PipedInputStream();
        PipedOutputStream pos = new PipedOutputStream(pis);
        WriteThread writeThread = new WriteThread(pos);
        ReadThread readThread = new ReadThread(pis);
        writeThread.start();
        readThread.start();
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

輸出結(jié)果為：

ReadCount : 11 content Hello World

可以注意到，PipedOutputStream創(chuàng)建時(shí)構(gòu)造函數(shù)傳入了一個(gè)PipedInputStream，在實(shí)際使用的過(guò)程中，也可以先創(chuàng)建PipedOutputStream 在將其作為參數(shù)用于創(chuàng)建PipedInputStream。

網(wǎng)絡(luò)IO

網(wǎng)絡(luò)IO一般是通過(guò) Socket 和 HTTP 相關(guān)的API進(jìn)行，流在這個(gè)過(guò)程中通常是直接通過(guò)相關(guān)對(duì)象獲得，以Socket為例：

public static void main(String[] args) {

    Socket socket = new Socket();
    SocketAddress addr = new InetSocketAddress("pop3.163.com", 110);
    OutputStream out = null;
    InputStream in = null;
    try {
        socket.connect(addr);
        in = socket.getInputStream();
        String reply = readLine(in);
        System.out.println("reply is " + reply);
        out = socket.getOutputStream();
        writeLine(out, "CAPA");
        reply = readLine(in);
        System.out.println("reply2 is " + reply);
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        if (in != null) {
            try {
                in.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
        if (out != null) {
            try {
                out.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        try {
            socket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

private static String readLine(InputStream in) throws IOException {
    int d;
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    while ((d = in.read()) != -1) {
        if (d == '\r') {
            continue;
        } else if (d == '\n') {
            break;
        } else {
            sb.append((char) d);
        }
    }
    return sb.toString();
}

private static void writeLine(OutputStream out, String content) throws IOException {
    if (content != null && content.length() > 0) {
        out.write(content.getBytes());
        out.write('\r');
        out.write('\n');
    }
}

上面的代碼鏈接了163的POP3服務(wù)器，并讀取兩行數(shù)據(jù)，寫(xiě)入一行數(shù)據(jù)，最終輸出如下:

reply is +OK Welcome to coremail Mail Pop3 Server (163coms[b62aaa251425b4be4eaec4ab4744cf47s])

reply2 is +OK Capability list follows

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Java IO 總結(jié)