JAVA IO中的缓冲流,PrintStream类和PrintWriter以及System.in获取用户输入流详解

倾城璧2024-07-20 19:28

1.缓冲流

在java中，缓x冲流（Buffered Streams）是非常有用的，它们属于处理流的一种，用于提高原始数据流（如文件流，网络流）的读取和写入效率。

Java 的缓冲流是对字节流和字符流的一种封装，通过在内存中开辟缓冲区来提高 I/O 操作的效率。Java 通过 BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream 来实现字节流的缓冲，通过 BufferedReader 和 BufferedWriter 来实现字符流的缓冲。

它们内部维护了一个字节数组缓冲区，当进行读写操作时，先将数据读取到缓冲区或者从缓冲区写入数据，然后再与底层设备进行交互。这种方式减少了与底层设备的直接交互次数，提高了读写的效率。

缓冲流的基本原理：

  1. 使用了底层流对象从具体设备上获取数据，并将数据存储到缓冲区的数组内
  2. 通过缓冲区的read()方法从缓冲区获取具体的字符数据，这样子就提高了效率
  3. 如果用read方法读取字符数据，并存储到另一个容器当中，直到读取到了换行符，将另一个容器临时存储到数据转成字符串返回，就形成了readLine()功能

字节缓冲流的使用场景

字节缓冲流主要用于提高字节流的读写效率，适用于以下场景：

  1. 文件读写：通过字节缓冲流可以提高文件读写的速度，尤其是对于大文件而言。
  2. 网络通信：通过字节缓冲流可以提高网络数据的读写效率，减少交互次数。
  3. 图像处理：通过字节缓冲流可以加速图像的读取和写入操作。
  4. 音频处理：通过字节缓冲流可以提高音频数据的读写效率。

2.字节缓冲流

构造方法：

  1. public BufferedInputStream(InputStream in)：创建一个新的缓冲输入流，注意参数类型为InputStream
  2. public BufferedOutputStream(OutputStream out)：创建一个新的缓冲输出流，注意参数类型为OutputStream
java 复制代码 
// 创建字节缓冲输入流，先声明字节流
FileInputStream fps = new FileInputStream(b.txt);
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fps)

// 创建字节缓冲输入流（一步到位）
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("b.txt"));

// 创建字节缓冲输出流（一步到位）
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("b.txt"));

缓冲流的高效

我们通过复制一个 370M+ 的大文件，来测试缓冲流的效率。为了做对比，我们先用基本流来实现一下，代码如下：

java 复制代码 
// 记录开始时间
long start = System.currentTimeMillis();
// 创建流对象
try (FileInputStream fis = new FileInputStream("py.mp4");//exe文件够大
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("copyPy.mp4")){
    // 读写数据
    int b;
    while ((b = fis.read()) != -1) {
        fos.write(b);
    }
}
// 记录结束时间
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("普通流复制时间:"+(end - start)+" 毫秒");

这个是十多分钟过去了还没写入完。

java 复制代码 
// 记录开始时间
long start = System.currentTimeMillis();
// 创建流对象
try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("py.mp4"));
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("copyPy.mp4"));){
    // 读写数据
    int b;
    while ((b = bis.read()) != -1) {
        bos.write(b);
    }
}
// 记录结束时间
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("缓冲流复制时间:"+(end - start)+" 毫秒");

这个只需要 8016 毫秒，如何更快呢？

可以换数组的方式来读写，因为这里定义了一个8kb的缓冲区，这意味着每次调用read方法时，它会尝试读取更多8kb的数据。这就减少了读取操作的次数，每次操作可以处理更多的数据。同样，写入操作也是一次性写入一大块数据，这比单字节写入的效率要高的多。

java 复制代码 
// 记录开始时间
long start = System.currentTimeMillis();
// 创建流对象
try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("py.mp4"));
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("copyPy.mp4"));){
    // 读写数据
    int len;
    byte[] bytes = new byte[8*1024];
    while ((len = bis.read(bytes)) != -1) {
        bos.write(bytes, 0 , len);
    }
}
// 记录结束时间
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("缓冲流使用数组复制时间:"+(end - start)+" 毫秒");

3.字符缓冲流

BufferedReader 类继承自 Reader 类，提供了一些便捷的方法，例如 readLine() 方法可以一次读取一行数据，而不是一个字符一个字符地读取。

BufferedWriter 类继承自 Writer 类，提供了一些便捷的方法，例如 newLine() 方法可以写入一个系统特定的行分隔符。

构造方法

  • BufferedReader(Reader in) ：创建一个新的缓冲输入流，注意参数类型为Reader。
  • BufferedWriter(Writer out)： 创建一个新的缓冲输出流，注意参数类型为Writer。
java 复制代码 
public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建流的对象
     BufferedWriter bw =new BufferedWriter(new FileWriter("b.txt"));

     bw.write("我");
     bw.newLine();
     bw.write("是");
     bw.newLine();
     bw.write("大帅比");
     bw.newLine();
     
     bw.close();
     //运行结果：我是大帅比

    }
}

4.PrintStream类和PrintWriter类

1.PrintStream类

PrintStream类是打印输出流，它可以直接输出各种数据类型的数据。它是OutputStream的子类，提供了一系列用于打印数据的方法，方便输出到控制台或文件。

下面是常用的构造方法：

  • PrintStream(OutputStream out): 创建一个PrintStream对象，指定输出目标为指定的字节输出流。
  • PrintStream(OutputStream out, boolean autoFlush): 创建一个PrintStream对象，指定输出目标为指定的字节输出流，并设置是否在写入操作后自动刷新输出缓冲区。
  • PrintStream(File file): 创建一个PrintStream对象，指定输出目标为指定的文件。
  • PrintStream(String fileName): 创建一个PrintStream对象，指定输出目标为指定文件名对应的文件。

这里讲解一下printf的用法：

他是属于PrintStream类的方法，基本语法是

java 复制代码 
printStream.printf(format,args);
  1. 这里的format是一个格式字符串，它定义了输出格式
  2. args是一个参数列表，它包含了要格式化的数据

下面来介绍一下格式化符号：

字符串格式化

  • %s : 输出字符串
java 复制代码 
System.out.printf("%s", "hello world"); // 输出 "hello world"

整数格式化

  • %d : 输出十进制整数
  • %o : 输出八进制整数
  • %x : 输出十六进制整数
  • %X : 输出大写十六进制整数
java 复制代码 
System.out.printf("%d %o %x %X", 10, 10, 10, 10); // 输出 "10 12 a A"

浮点数格式化

  • %f : 输出浮点数
  • %e : 输出科学计数法表示的浮点数（小写e）
  • %E : 输出科学计数法表示的浮点数（大写E）
  • %.nf : 控制小数点后的位数，n为数字
java 复制代码 
System.out.printf("%.2f %e %E", 3.1415926, 3.1415926, 3.1415926); // 输出 "3.14 3.141593e+00 3.141593E+00"

就介绍这么多，其他的用法在实际开发中可以边学习边用，反正学了你也记不住。

下面是PrintStream类常用方法代码演示：

java 复制代码 
import java.io.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
      try{
          //创建PrintStream对象，并指定输出目标为文件
          PrintStream ps =new PrintStream(new FileOutputStream("b.txt"));
          //打印字符串
          ps.print("Hello, ");
          ps.println("world!");

          //打印整数
          ps.printf("The answer ifs %d\n",42);
          //打印浮点数
          ps.printf("The value of Pi is %.2f\n",Math.PI);
          //关闭PrintStream
          ps.close();
      }catch (FileNotFoundException e){
          e.printStackTrace();
      }
    }
}

打印结果为：

java 复制代码 
Hello, world!
The answer ifs 42
The value of Pi is 3.14

2.PrintWriter类

PrintWriter主要继承Writer，PrintWriter主要用于输出字符,它是可以指定字符编码的，这使得它在处理Unicode字符时更加的灵活。

PrintWriter类的常用构造方法有以下几种：

  1. PrintWriter(Writer out): 创建一个PrintWriter对象，指定输出目标为指定的字符输出流。
  2. PrintWriter(Writer out, boolean autoFlush): 创建一个PrintWriter对象，指定输出目标为指定的字符输出流，并设置是否在写入操作后自动刷新输出缓冲区。
  3. PrintWriter(File file): 创建一个PrintWriter对象，指定输出目标为指定的文件。
  4. PrintWriter(String fileName): 创建一个PrintWriter对象，指定输出目标为指定文件名对应的文件。

跟上面的PrintStream是差不多的，这里就不举例了

5.System.in获取用户输入

Java 的控制台输入由 System.in 完成。

为了获得一个绑定到控制台的字符流，你可以把 System.in 包装在一个 BufferedReader 对象中来创建一个字符流。

这里的in是静态变量，类型是InputStream

下面是创建 BufferedReader 的基本语法：

java 复制代码 
第一种方法
InputStreamReader isr =new InputStreamReader(System.in);
BufferReader br =new BufferReader(isr);
第二种方法
BufferedReader br = new BufferedReader(new 
                      InputStreamReader(System.in));

BufferedReader 对象创建后，我们便可以使用 read() 方法从控制台读取一个字符，或者用 readLine() 方法读取一个字符串。

System.in 返回的是 InputStream 指向命令行输入的字节流，InputStream 的 read 方法以字节流的方式来读取命令行的输入的数据。
查看源码（InputStream.java）我们常用的有：

java 复制代码 
1 int System.read()                       //以字节的方式读取输入的第一字符，返回该字符的ASCII码
2 
3 int System.read(byte b[])              //以字节的方式把输入的字符放入byte数组中
4 
5 int System.read(byte b[], int off, int len)   //以字节的方式把输入的字符放入byte数组中  off是起始位置，len是最大读入的字节数。

使用实例：

java 复制代码 
//  以字节的方式读取输入的第一字符，返回该字符的ASCII码
int inputOne = System.in.read();  // 输入 abc
System.out.println(inputOne);     // 输出 97 (a 的 ascii 码）
java 复制代码 
byte[] b = new byte[5];
int length = System.in.read(b);    // 输入 abc
System.out.println(length);          // 输出 4， 包含换行键
System.out.println(Arrays.toString(b));  // 输出 [97, 98, 99, 10, 0]

接下来我们来感受一下不同的使用场景，可以跟着敲一遍

1.使用InputStream读取单个字节

java 复制代码 
import java.io.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
      InputStream input =System.in;
      int data;
      try{
          while ((data=input.read())!=-1){
              System.out.print((char) data);
          }
      }catch (IOException e){
          e.printStackTrace();
      }

    }
}

在这个例子中我们使用InputStream的read()方法来读取单个字节，并打印出来

2.使用BufferedReader读取输入

java 复制代码 
import java.io.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
      BufferedReader reader =new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
      try{
          System.out.println("请输入你的年龄：");
          int age =Integer.parseInt(reader.readLine());//读取一行数据
          System.out.println("YOu are"+age+"years old");
      }catch (IOException e){
          e.printStackTrace();
      }
    }
}

3.读取多个输入直到读取到指定的字符串

java 复制代码 
import java.io.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
      BufferedReader reader =new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
      try{
          String input;
          System.out.println("Enter Lines of text(type'exit'to quit)");
          while (!(input= reader.readLine()).equals("exit"))){
              System.out.println("You entered:"+input);
          }
      }catch (IOException e){
          e.printStackTrace();
      }

    }
}
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