java IO(二)：位元組流(InputStream和OutputStream)

来源:https://www.cnblogs.com/f-ck-need-u/archive/2017/12/29/8146358.html
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數據流分為輸入、輸出流，無論是輸入流還是輸出流，都可看作是在源和目標之間架設一根"管道"，這些管道都是單向流動的，要麼流入到記憶體(輸入流)，要麼從記憶體流出(輸出流)。 應用於java上，輸入流和輸出流分別為InputStream和OutputStream。輸入流用於讀取(read)數據，將數據載入到 ...


數據流分為輸入、輸出流，無論是輸入流還是輸出流，都可看作是在源和目標之間架設一根"管道"，這些管道都是單向流動的，要麼流入到記憶體(輸入流)，要麼從記憶體流出(輸出流)。

應用於java上，輸入流和輸出流分別為InputStream和OutputStream。輸入流用於讀取(read)數據，將數據載入到記憶體(應用程式)，輸出流用於寫入(write)數據，將數據從記憶體寫入到磁碟中。

數據流可分為位元組流和字元流，位元組流按位元組輸入、輸出數據，字元流按字元個數輸入、輸出數據。本文介紹的是位元組流。

1.OutputStream類和FileOutputStream類

OutputStream類是位元組輸出流的超類。它只提供了幾個方法，註意這幾個方法都會拋出IOExcepiton異常，因此需要捕獲或向上拋出：

  • close()：關閉輸出流，即撤掉管道。
  • flush()：將緩存位元組數據強制刷到磁碟上。
  • write(byte[] b)：將byte數組中的數據寫入到輸出流。
  • write(byte[] b, int off, int len)：將byte數組中從off開始的len個位元組寫入到此輸出流。
  • write(int b)：將指定的單個位元組寫入此輸出流。

FileOutputStream類是OutputStream的子類，專門用於操作文件相關的流，例如向文件中寫入數據。該類有以下幾個構造方法：

　FileOutputStream(File file)：創建一個向指定 File 對象表示的文件中寫入數據的文件輸出流。 　FileOutputStream(File file, boolean append)：創建一個向指定 File 對象表示的文件中寫入數據的文件輸出流。 　FileOutputStream(String name)：創建一個向具有指定名稱的文件中寫入數據的輸出文件流。 　FileOutputStream(String name, boolean append)：創建一個向具有指定 name 的文件中寫入數據的輸出文件流。

例如：創建一個新文件，向其中寫入"abcde"。

import java.io.*;

public class OutStr1 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        File tempdir = new File("D:/temp");  //create a tempdir
        if(!tempdir.exists()) {
            tempdir.mkdir();
        }

        File testfile = new File(tempdir,"test.txt");
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(testfile)//在記憶體和testfile之間架一根名為fos的管道 

        fos.write("abcde".getBytes());  //將位元組數組中所有位元組(byte[] b,b.length)都寫入到管道中
        fos.close();
    }
}

註意：
(1).此處的FileOutputStream()構造方法會創建一個新文件並覆蓋舊文件。如果要追加文件，採用FileOutputStream(file,true)構造方法構造位元組輸出流。
(2).上面的for.write("abcde".getBytes())用的是write(byte[] b)方法，它會將位元組數組中b.length個位元組即所有位元組都寫入到輸出流中。可以採用write(byte[] b,int off,int len)方法每次寫給定位置、長度的位元組數據。
(3).無論是構造方法FileOutputStream()，還是write()、close()方法，都會拋出異常，有些是IOException，有些是FileNotFoundException。因此，必須捕獲這些異常或向上拋出。

追加寫入和換行寫入

向文件中追加數據時，採用write(File file,boolean append)方法。

File testfile = new File(tempdir,"test.txt");
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(testfile,true);

byte[] data = "abcde".getBytes();
fos.write(data,0,2);
fos.close();

換行追加時，需要加上換行符，Windows上的換行符為"\r\n"，unix上的換行符為"\n"。如果要保證良好的移植性，可獲取系統屬性中的換行符並定義為常量。

import java.io.*;

public class OutStr1 {
    private static final String LINE_SEPARATOR = System.getProperty("line.separator"); //newline

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        File tempdir = new File("D:/temp");  //create a tempdir
        if(!tempdir.exists()) {
            tempdir.mkdir();
        }

        File testfile = new File(tempdir,"test.txt");
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(testfile,true);

        String str = LINE_SEPARATOR+"abcde";  //
        fos.write(str.getByte());
        fos.close();
    }
}

2.捕獲IO異常的方法

輸出流中很多方法都定義了拋出異常，這些異常必須向上拋出或捕獲。向上拋出很簡單，捕獲起來可能比想象中的要複雜一些。

以向某文件寫入數據為例，以下是最終的捕獲代碼，稍後將逐層分析為何要如此捕獲。

File file = new File("d:/tempdir/a.txt");
FileOutputStream fos = null;
try {
    fos = new FileOutputStream(file);
    fos.write("abcde".getBytes());
} catch (IOException e) {
    ...
} finally {
    if (fos != null) {
        try {
            fos.close();
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException("xxxx");
        }
    } 
}

向某文件寫入數據，大致會包含以下幾個過程。

File file = new File("d:/tempdir/a.txt");
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);   //---->(2)
fos.write("abcde".getBytes());        //------------------->(3)
fos.close();      //--------------------------------------->(4)

其中(2)-(4)這三條代碼都需要去捕獲，如果將它們放在一個try結構中，顯然邏輯不合理，例如(2)正常實例化了一個輸出流，但(3)異常，這時無法用(4)來關閉流。無論異常發生在何處，close()動作都是應該要執行，因此需要將close()放入finally結構中。

File file = new File("D:/tempdir/a.txt");
try {
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);   //---->(2)
    fos.write("abcde".getBytes());        //------------------->(3)
} catch (IOException e) {
    ...
} finally {
    fos.close();      //--------------------------------------->(4)
}

但這樣一來，fos.close()中的fos是不可識別的，因此，考慮將fos定義在try結構的外面。因此：

File file = new File("D:/tempdir/a.txt");
FileOutputStream fos = null;
try {
    fos = new FileOutputStream(file);   //---->(2)
    fos.write("abcde".getBytes());        //-->(3)
} catch (IOException e) {
    ...
} finally {
    fos.close();      //---------------------->(4)
}

如果d:\tempdir\a.txt文件不存在，那麼(2)中的fos將指向空的流對象，即空指針異常。再者，finally中的close()也是需要捕獲異常的，因此加上判斷並對其try...catch，於是：

File file = new File("D:/tempdir/a.txt");
FileOutputStream fos = null;
try {
    fos = new FileOutputStream(file);   //---->(2)
    fos.write("abcde".getBytes());        //-->(3)
} catch (IOException e) {
    ...
} finally {
    if(fos != null) {
        try {
            fos.close();//-------------------->(4)
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException("xxx");
        }
    }
}

3.InputStream類和FileInputStream類

以下是InputStream類提供的方法：

  • close()：關閉此輸入流並釋放與該流關聯的所有系統資源。
  • mark(int readlimit)：在此輸入流中標記當前的位置。
  • read()：從輸入流中讀取數據的下一個位元組，返回的是0-255之間的ASCII碼，讀到文件結尾時返回-1。
  • read(byte[] b)：從輸入流中讀取一定數量的位元組存儲到緩衝區數組b中，返回讀取的位元組數，讀到文件結尾時返回-1。
  • read(byte[] b, int off, int len)：將輸入流中最多 len 個數據位元組讀入 byte 數組，返回讀取的位元組數，讀到文件結尾時返回-1。
  • reset()：將此流重新定位到最後一次對此輸入流調用 mark 方法時的位置。
  • skip(long n)：跳過和丟棄此輸入流中數據的 n 個位元組。

示例：d:\temp\test.txt文件中的內容為"abcde"，讀取該文件。

import java.io.*;

public class InStr1 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        File file = new File("d:/temp/test.txt");
        FileInputStream fis = new FileInputStream(file);

        System.out.println(fis.read());    
        System.out.println((char)fis.read());
        System.out.println((char)fis.read());
        System.out.println((char)fis.read());
        System.out.println((char)fis.read());
        System.out.println(fis.read());
        System.out.println(fis.read());
        fis.close();
    }
}

執行結果為：

97
b
c
d
e
-1
-1

從結果可知：

(1).read()每次讀取一個位元組並返回0-255之間的數值。可以強制轉換為char字元。
(2).每次讀取後指針下移一位，直到文件的結尾。
(3).讀取文件結束符返回-1，且指針一直停留在結束符位置處，因此後面繼續讀取還是返回-1。

因此，可以使用如下代碼來讀取整個文件。

int ch = 0 ;
while ((ch=fis.read())!= -1) {
    System.out.println((char)ch);
}

當文件很大時，這樣一個位元組一個位元組讀取的速度必然極慢。因此，需要一次讀取多個位元組。下麵是使用read(byte[] b)一次讀取多個位元組的代碼。

int len = 0;
byte[] buf = new byte[2];
while ((len=fis.read(buf))!=-1) {
    System.out.println(new String(buf,0,len));
}

執行結果為：

ab
cd
e

幾個註意點：
(1).read(byte[] b)是從文件中讀取b.length個位元組存儲到位元組數組中，第一個位元組存儲到b[0]，第二個位元組存儲到b[2]，以此類推，註意存儲在位元組數組中的每一個位元組都是0-255的ASCII碼。例如文件中有3個位元組abc，位元組數組b的長度為5，則b[0]=a,b[1]=b,b[2]=c,b[3]和b[4]不受影響(即仍為初始化值0)，如果位元組數組b長度為2，則第一批讀取兩個位元組ab存儲到b[0]和b[1]，第二批再讀取一個位元組c存儲到b[0]中，此時位元組數組b中存儲的內容為cb。
(2).read(b)返回的是讀取的位元組數，在到達文件末尾時返回-1。

因此，上面的代碼讀取文件的過程大致為：讀取a和b存放到buf[0]和buf[1]中，此時len=2，轉換為字元串後列印得到ab，再讀取c覆蓋buf[0]，讀取d覆蓋buf[1]，轉換為字元串後列印得到cd，最後讀取e覆蓋到buf[0]，到了文件的末尾，此時buf[1]=d。也就是說到此為止，b數組中存放的仍然有d，但因為String(buf,0,len)是根據len來轉換為字元串的，因此d不會被轉換。但如果將new String(buf,0,len)改為new String(buf)，將得到abcded。

由此可知，位元組數組的長度決定了每次讀取的位元組數量。通常來說，可以將byte[]的長度設置為1024的整數倍以達到更高的效率，例如設置為4096,8192等都可，但也不應設置過大。

4.複製文件(位元組流)

原理：

1.在源文件上架起一根輸出流(read)管道。
2.在目標文件上架起一根輸入流(write)管道。
3.但註意，這兩根管道之間沒有任何聯繫。可以通過中間媒介實現中轉。每read()一定數量的位元組到記憶體中，可以將這些位元組write到磁碟中。
4.應該使用位元組數組作為buffer做緩存，而不應該使用單位元組的讀取、寫入，這樣會非常非常慢。 

import java.io.*;

public class CopyFile {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // src file and src Stream
        File src = new File("d:/temp/1.avi");
        FileInputStream fis = new FileInputStream(src);

        // dest file and dest Stream
        File dest = new File("d:/temp/1_copy.avi");
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(dest);

        int len = 0;
        byte[] buf = new byte[1024];
        while((len=fis.read(buf)) != -1) {        // read
            fos.write(buf,0,len);              // write
        }
        fis.close();
        fos.close();
    }
}

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