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IO操作

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用户进程发起请求，内核接收到请求后，从I/O设备中获取数据到buffer中，再将buffer中的数据copy到用户进程的地址空间，该用户进程获取到数据后再响应客户端。

数据输入到buffer需要时间，从buffer复制数据至进程也需要时间，根据在这两段时间内等待方式不同，I/O动作可分为五种模式

  • 阻塞I/O（Blocking I/O）
  • 非阻塞I/O（Non-Blocking I/O）
  • I/O复用（I/O Multiplexing）
  • 信号驱动I/O
  • 异步I/O

java的I/O操作在类的java.io包中

  • 基于字节操作的I/O接口： InputStream和OutputStream

  • 基于字符操作的I/O接口： Writer和Reader

  • 基于磁盘操作的I/O接口： File

  • 基于网络操作的I/O接口： Socket(网络编程，不在io包中)

普通IO

  1. 字节流对应原生的二进制数据

  2. 字符流对应字符数据，会自动处理与本地字符集之间的转换

  3. 缓冲流可以提高性能，通过减少底层API的调用次数来优化IO

字节流

读取文件是输入流，写文件是输出流(输入输出是对于程序而言的)

输入流

InputStream

继承关系

字节输入流都继承自InputStream，InputStream表示从不同数据源产生输入的类，这些数据源包括

  1. 字节数组
  2. String对象
  3. 文件
  4. 管道，从一端输入，从另一端输出
  5. 一个由其他种类的流组成的序列，然后把它们汇聚为一个流
  6. 其他数据源，如Internet连接
类 功能 构造器 如何使用
ByteArrayInputStream 允许将内存的缓冲区当做InputStream使用 缓冲区，字节将从中取出 将其与FilterInputStream对象相连以提供有用接口
StringBufferInputStream(已废除) 将String转换为InputStream 字符串。底层实现实际使用StringBuffer 将其与FilterInputStream对象相连以提供有用接口
FileInputStream 用于从文件中读取信息 字符串，表示文件名、文件或FileDescriptor对象
PipedInputStream 产生用于写入相关PipedOutputStream的数据。实现管道化概念 PipedOutputStream 作为多线程中的数据源
SequenceInputStream 将两个或多个InputStream对象转换成一个InputStream 两个InputStream对象或一个容纳InputStream对象的容器Enumeration
FilterInputStream 抽象类，作为装饰器的接口，为其他的InputStream类提供有用的功能

FilterInputStream类型子类包括以下几种

类 功能 构造器 如何使用
DataInputStream 与DataOutputStream搭配使用，按照移植方式从流读取基本数据类型 InputStream 包含用于读取基本数据类型的全部接口
BufferedInputStream 使用它可以防止每次读取时都得进行实际写操作，提供了缓冲区的操作，提高IO的性能 InputStream 本质上不提供接口，只是向进程添加缓冲功能
LineNumberInputStream(已废除) 跟踪输入流的行号，可调用getLineNumber()和setLineNumber(int) InputStream，可以指定缓冲区大小 仅增加了行号
PushbackInputStream 具有能弹出一个字节的缓冲区，因此可以将读到的最后一个字符回退 InputStream 通常作为编译器的扫描器
方法介绍
读取数据
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// 每次读取一个字节
public abstract int read() throws IOException
// 使用字节数组作为缓冲区，将读到的字节填充至缓冲区中
public int read(byte b[]) throws IOException
// 将读到的字节填充至字节数组的指定位置上
// off 起始位置
// len 长度
public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException
关闭流

使用close方法来关闭流，在1.7及之后建议使用try-with-resources语句来使用流，这样可以避免显示的调用close()方法，减少一些重复代码

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public void close() throws IOException
跳过指定字节

可以使用skip方法来跳过指定数目的字节，相当于把流中当前读到的位置向后移动若干个字节。

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public long skip(long n) throws IOException

注意：该方法可能在向后移动的时候，没有达到指定字节就到达了流的末尾，所以并不一定会跳过指定的字节，该方法返回值为实际跳过的字节数

标记与重置

标记与重置方法一般联合使用，以实现流中部分内容可重复读取

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// mark方法在当前读取位置进行标记
// readlimit表示允许重复读取的字节，只能从标记的位置再次重复向后读取所指定的字节
public synchronized void mark(int readlimit)

// reset方法将流的当前读取位置移动到上次标记的位置
public synchronized void reset() throws IOException
  
// 不是所有的流都支持标记功能，需要使用该方法来判断当前流是否支持标记功能
public boolean markSupported()
可读字节数

当read方法被调用时，如果当前流中没有可用的数据，该操作就会被阻塞，available()方法就是返回当前流中还有多少字节可以读取

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public int available() throws IOException

输出流

OutputStream

字节输入流都继承自OutputStream，该类决定了输出所要去的目标，字节数组、文件或管道

类 功能 构造器 如何使用
ByteArrayOutputStream 在内存中创建缓冲区。所有送往流的数据都要放置在此缓冲区 缓冲区初始大小 用于指定数据的目的地
FileOutputStream 用于将信息写入文件 字符串，表示文件名、文件或FileDescriptor对象
PipedOutputStream 任何写入其中的信息都会自动作为相关PipedInputStream的输出，实现管道化概念 PipedInputStream 指定用于多线程的数据的目的地
FilterOutputStream 抽象类，作为装饰器的接口，为其他OutputStream提供有用的功能

FilterOutputStream类型子类包括

类 功能 构造器 如何使用
DataOutputStream 与DataInputStream搭配使用，可以按照移植方式向流中写入基本数据类型 OutputStream 包含用于写入基本数据类型的全部接口
PrintStream 用于产生改格式化输出。其中DataOutputStream处理数据的存储，PrintStream处理显示 OutputStream，可以用boolean值指示是否每次换行时清空缓冲区 应该是对OutputStream对象的final封装
BufferedOutputStream 使用它以避免每次发送数据时都进行实际的写操作，可以调用flush()清空缓冲区 OutputStream，可以指定缓冲区大小 只是向进程添加缓冲功能
方法介绍
写入数据
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// 每次写入一个字节
public abstract void write(int b) throws IOException
// 使用字节数组作为缓冲区，写入整个字节数组的内容
public void write(byte b[]) throws IOException
// 写入字节数组的部分内容
// off 起始位置
// len 长度
public void write(byte b[], int off, int len) throws IOException
关闭流

使用close方法来关闭流，在1.7及之后建议使用try-with-resources语句来使用流，这样可以避免显示的调用close()方法，减少一些重复代码

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public void close() throws IOException
刷新

flush()方法用来强制要求OutputStream对象将暂存于内部缓冲区的数据立即进行实际的写入(一般情况下不需要手动的调用该方法，在内部缓冲区填充满了之后，会自动执行实际的写入操作，在调用close()方法时也会自动调用flush()方法)

有些OutputStream类中维护内部缓冲区是为了减少实际的写入操作次数，来提升性能

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public void flush() throws IOException

字符流

字符流

InputStream和OutputStream是面向字节I/O的，而Reader和Writer则提供兼容Unicode和面向字符I/O的功能，InputStreamReader可以把InputStream转换为Reader，而OutputStreamWriter可以把OutputStream转换为Writer

RandomAccessFile类

适用于由大小已知的记录组成的文件，可以使用seek()将文件指针从一条记录移动到另一条记录，然后对记录进行读取和修改。文件中记录的大小不一定相同，只要我们能确定那些记录有多大以及它们在文件中的位置即可。

RandomAccessFile类不是InputStream或者OutputStream的子类，只是实现了DataInput和DataOutput接口，没有使用InputStream和OutputStream的任何功能，所有方法都是独立的，大部分为native方法

既可以读文件，又可以写文件，可以进行文件的随机读写

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// 有两种模式，"rw"读写 和 "r"只读
RandomAccessFile faf = new RandomAccessFile(file,"rw");
// 文件指针，打开文件时指针在开头pointer=0

// 写操作，只写一个字节，同时指针指向下一个位置，准备再次写入
raf.write(int)
  
// 读文件时要把指针移到头部
raf.seek(0);
// 读操作,读一个字节
int b = raf.read()


常用的IO操作

缓冲输入文件

想要打开一个文件进行字符输入，可以使用FileReader对象，然后传入一个String或者File对象作为文件名。为了提高速度，对文件进行缓冲，可以将所产生的引用传递给一个BufferedReader构造器。BufferedReader提供了lines()方法，会产生一个Stream<String>对象

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public static void read(String file) {
       try(BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new FileReader(file))){
           String line = null;
           while((line = bufferedReader.readLine()) != null){
               System.out.println(line);
           }
       } catch (IOException e) {
           throw new RuntimeException("读取失败",e);
       }
   }

读取字符

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public static void read() throws IOException {
        StringReader stringReader = new StringReader("qaw试试");
        int c;
        while ((c = stringReader.read()) != -1) {
            System.out.println((char)c);
        }
    }

StringReader的read方法是以int形式返回的下一个字节，所以打印的时候类型必须转为char

格式化数据

要读取格式化数据，可以使用DataInputStream，是面向字节的，所以要使用InputStream类

文件输出

FileWrite对象用于向文件写入数据，通常使用BufferedWriter将其包装起来增加缓冲的功能，

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try(BufferedReader in = new BufferedReader(new StringReader("1111111111111111\n2222222222222\n3333333333"));
            PrintWriter printWriter = new PrintWriter(new BufferedWriter(new FileWriter("test.txt")))
        ){
            in.lines().forEach(printWriter :: println);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

标准IO

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

System.out和System.err是预先包装成了PrintStream对象，但是System.in没有进行包装，属于原生的InputStream，所以在读取时需要对其进行包装

标准输入

通常一行一行地读取输入，将System.in包装成BufferedReader

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public static void main(String[] args) {
        try (BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in))) {
            String line;
            while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) {
                if (line.equals("end")) {
                    break;
                }
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {

        }
    }

重定向标准I/O

System类提供了简单的静态方法调用，重定向标准输入流、标准输出流和标准错误流

  • setIn(InputStream)

  • setOut(PrintStream)

  • setErr(PrintStream)

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public static void main(String[] args) {
        try(BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(new FileInputStream("C:\\Users\\sinosoft\\Desktop\\剩余工作.txt"));
            PrintStream printStream = new PrintStream(new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("C:\\Users\\sinosoft\\Desktop\\剩余工作副本.txt")))
        ){
            System.setIn(bufferedInputStream);
            System.setOut(printStream);
            try (BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in))) {
                String line;
                while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) {
                    if (line.equals("end")) {
                        break;
                    }
                    System.out.println(line);
                }
            } catch (IOException e1) {

            }
        }catch (IOException e){

        }
    }

序列化流和反序列化流

对象的序列化就是将对象转化为byte序列，反之叫做反序列化，ObjectOutputStream是序列化流，ObjectInputStream是反序列化流

序列化接口

对象必须实现序列化接口Serializable，才可以进行序列化，该接口是一个标准，如果不想某个字段进行序列化，可以使用transient来修饰字段，使得该字段不进行序列化，可以通过重写writeObject和readObject方法来进行手动序列化

静态变量也不能进行序列化，因为所有的对象都共享同一份静态变量值

ObjectOutputStream序列化流

主要的方法是writeObject，存储对象的类、类的签名以及这个类及其父类中所有非静态和非瞬时的字段的值

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public final void writeObject(Object obj) throws IOException {
    if (enableOverride) {
        writeObjectOverride(obj);
        return;
    }
    try {
        writeObject0(obj, false);
    } catch (IOException ex) {
        if (depth == 0) {
            writeFatalException(ex);
        }
        throw ex;
    }
}

ObjectInputStream反序列化流

主要的方法是readObject，读回对象的类、类的签名以及这个类及其父类中所有非静态和非瞬时的字段的值

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public final Object readObject()
    throws IOException, ClassNotFoundException {
    return readObject(Object.class);
}

在反序列化生成对象时，构造函数并不会执行，因为反序列化是要得到存储时的状态，如果调用构造函数就会生成新的

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