Java 入门指南：Java IO流 —— 字符流

ZachOn1y2024-08-28 11:40

何为Java流

Java 中的流（Stream） 是用于在程序中读取或写入数据的抽象概念。流可以从不同的数据源（输入流）读取数据，也可以将数据写入到不同的目标（输出流）。流提供了一种统一的方式来处理不同类型的数据，例如文件、网络数据、内存数据等。

Java IO 流

在 Java 中，流分为输入流（InputStream) 和 输出流(OutputStream） 。输入流用于从数据源读取数据 ，而输出流用于将数据写入到目标。

IO 即 Input/Output，输入和输出。数据输入到计算机内存的过程即输入，反之输出到外部存储（比如数据库，文件，远程主机）的过程即输出。数据传输过程类似于水流，因此称为 IO 流。IO 流在 Java 中分为输入流和输出流，而根据数据的处理方式又分为字节流和字符流。

如果音频文件、图片等媒体文件用字节流比较好，如果涉及到字符的话使用字符流比较好。

Java IO 流的 40 多个类都是从如下 4 个抽象类基类中派生出来的。

  • InputStream/Reader: 所有的输入流的基类，前者是字节输入流，后者是字符输入流

  • OutputStream/Writer: 所有输出流的基类，前者是字节输出流，后者是字符输出流

java 复制代码 
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;

public class InputStreamReaderExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 假设有一个字节流 InputStream
        InputStream inputStream = getClass().getResourceAsStream("/example.txt");

        try (InputStreamReader isr = new InputStreamReader(inputStream);
             BufferedReader br = new BufferedReader(isr)) {
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

字符操作

Java提供了两个抽象类 来表示字符流输入输出：Reader 和 Writer 。

如果我们不知道编码类型就很容易出现乱码问题，因此I/O流提供了一个直接操作字符的接口，方便平时对字符进行流操作。

字符流

字符流 （Character Stream）以字符为单位进行读取和写入操作 ，适用于处理文本文件、配置文件、文档等纯文本数据。字符流是由 Java 虚拟机将字节转换得到的，默认采用的是 Unicode 编码，我们可以通过构造方法自定义编码。

字符流 = 字节流 + 编码表

乱码问题

在字节流中，一个字符通常由多个字节组成，而不同的字符编码使用的字节数不同。如果使用了错误的字符编码，或者在读取和写入数据时没有正确处理字符编码的转换，就会导致读取出来的中文字符出现乱码。

由于 String 的构造方法具有解码功能，使用这种方式也可以正确读出中文

使用 new String(byte bytes[], int offset, int length) 将字节流转换为字符串时，Java 会根据 UTF-8 的规则将每 3 个字节解码为一个中文字符，从而正确地解码出中文。

尽管字节流也有办法解决乱码问题，但不够直接，于是就有了字符流

Read 字符输入流

Reader 用于从源头（通常是文件）读取数据（字符信息）到内存中，java.io.Reader 抽象类是所有字符输入流的父类，提供读取字符流的共同方法和特性。

Reader 用于读取文本， InputStream 用于读取原始字节。

常用方法

  • read(): 从输入流读取一个字符，返回读取的字符（转为 int 类型），当读取到文件末尾时，返回 -1 。

  • read(char[] cbuf): 从输入流中读取一些字符，并将它们存储到字符数组 cbuf中，等价于 read(cbuf, 0, cbuf.length) 。

  • read(char[] cbuf, int off, int len)：在read(char[] cbuf) 方法的基础上增加了 off 参数（偏移量）和 len 参数（要读取的最大字符数）。

  • skip(long n)：忽略输入流中的 n 个字符 ,返回实际忽略的字符数。

  • close(): 关闭输入流并释放相关的系统资源。

常用子类
InputStreamReader

InputStreamReader 是字节流转换为字符流的桥梁，可以通过指定字符集来处理不同的编码方式。

java 复制代码 
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;

public class InputStreamReaderExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 假设有一个字节流 InputStream
        InputStream inputStream = getClass().getResourceAsStream("/example.txt");

        try (InputStreamReader isr = new InputStreamReader(inputStream);
             BufferedReader br = new BufferedReader(isr)) {
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

示例说明：

  • 创建 InputStream ：这里使用 getClass().getResourceAsStream() 方法来获取资源文件 example.txt 的 InputStream。

  • 创建 InputStreamReader ：使用 inputStream 创建一个 InputStreamReader，默认使用系统默认的字符集。

  • 创建 BufferedReader ：使用 InputStreamReader 创建一个 BufferedReader，以便逐行读取数据。

  • 读取数据 ：通过 BufferedReader 的 readLine() 方法逐行读取数据，并打印出来。

FileReader

FileReader 直接从文件中读取字符的输入流。继承自 InputStreamReader 类，因此它也可以处理字节流，并将其转换为字符流。

构造方法

  1. FileReader(File file)：创建一个新的 FileReader，参数为File对象。
  2. FileReader(String fileName)：创建一个新的 FileReader，参数为文件名。

FileReader 实现了 AutoCloseable 接口，因此可以使用 try-with-source 语句自动关闭资源，避免了手动关闭资源的繁琐操作。

java 复制代码 
import java.io.FileReader;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;

public class FileReaderExample {
    public static void main(String[] args) {
        String filePath = "example.txt";

        try (FileReader fr = new FileReader(filePath);
             BufferedReader br = new BufferedReader(fr)) {
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

示例说明：

  • 创建 FileReader ：使用文件路径 example.txt 创建一个 FileReader。

  • 创建 BufferedReader ：使用 FileReader 创建一个 BufferedReader，以便逐行读取数据。

  • 读取数据 ：通过 BufferedReader 的 readLine() 方法逐行读取数据，并打印出来。

BuffereredReader

BufferedReader 字符缓冲输入流，继承自 Reader 类。提供了缓冲功能，可以减少读取操作对底层资源文件的访问次数，提高读取效率。通常被用来逐行读取字符数据。

使用流程

  1. 创建字符输入流对象，选择合适的子类，例如 FileReader。

  2. 使用构造器来指定要读取的文件或其他字符源。

  3. 使用读取方法从流中读取字符数据，例如 read() 或 read(char[])。

  4. 处理读取的字符数据，可以将其保存到变量中，或者进行其他操作。

  5. 关闭字符输入流，释放资源，可以使用 close() 方法（try-with-resources 语句可自动释放资源）来关闭流。

java 复制代码 
import java.io.FileReader;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;

public class BufferedReaderExample {
    public static void main(String[] args) {
        String filePath = "example.txt";

        try (FileReader fr = new FileReader(filePath);
             BufferedReader br = new BufferedReader(fr)) {
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

示例说明：

  • 创建 FileReader ：使用文件路径 example.txt 创建一个 FileReader。

  • 创建 BufferedReader ：使用 FileReader 创建一个 BufferedReader，以便逐行读取数据。

  • 读取数据 ：通过 BufferedReader 的 readLine() 方法逐行读取数据，并打印出来。

Write 字符输出流

Writer 用于将数据（字符信息）写入到目的地（通常是文件） ，java.io.Writer 抽象类是所有字符输出流的父类。提供了写入字符流的共同方法和特性。

常用方法

Writer 常用方法：

  • write(int c): 写入单个字符。

  • write(char[] cbuf)：写入字符数组 cbuf，等价于write(cbuf, 0, cbuf.length)。

  • write(char[] cbuf, int off, int len)：在write(char[] cbuf) 方法的基础上增加了 off 参数（偏移量）和 len 参数（要读取的最大字符数）。

  • write(String str)：写入字符串，等价于 write(str, 0, str.length()) 。

  • write(String str, int off, int len)：在write(String str) 方法的基础上增加了 off 参数（偏移量）和 len 参数（要读取的最大字符数）。

  • append(CharSequence csq)：将指定的字符序列附加到指定的 Writer 对象并返回该 Writer 对象。

  • append(char c)：将指定的字符附加到指定的 Writer 对象并返回该 Writer 对象。

  • flush()：刷新此输出流并强制写出所有缓冲的输出字符。

  • close():关闭输出流释放相关的系统资源。

如果不关闭资源，数据只是保存到缓冲区，并未保存到文件中。

常用子类
FileWriter

FileWriter：用于向文件中写入字符数据 。通过指定文件路径和名称来创建一个用于写入文件的 FileWriter 对象，指定追加模式来续写或覆盖，类似于OutputStream。

FileWriter 内置了缓冲区 ByteBuffer，所以如果不关闭输出流，就无法把字符写入到文件中。

但是关闭了流对象，就无法继续写数据了。如果我们既想写入数据，又想继续使用流，就需要 flush 方法了。

flush：刷新缓冲区，流对象可以继续使用。

close：先刷新缓冲区，然后通知系统释放资源。流对象不可以再被使用了。

构造方法：

FileWriter 类提供了多个构造方法，用于创建不同类型的 FileWriter 对象。下面列出了 FileWriter 类最常用的构造方法及其用法：

  1. FileWriter(String fileName)：创建一个将数据写入指定文件的 FileWriter 对象。若指定文件不存在，则尝试创建该文件；若文件已存在，则会将其清空。
java 复制代码 
String fileName = "example.txt";
FileWriter fileWriter = new FileWriter(fileName);
  1. FileWriter(String fileName, boolean append)：创建一个将数据写入指定文件的 FileWriter 对象，append 参数用于控制是否在文件末尾追加数据。若 append 参数为 true，则在文件末尾追加数据；若 append 参数为 false，则会将文件清空。
java 复制代码 
String fileName = "example.txt";
boolean append = true;
FileWriter fileWriter = new FileWriter(fileName, append);
  1. FileWriter(File file)：创建一个将数据写入指定文件的 FileWriter 对象。若指定文件不存在，则尝试创建该文件；若文件已存在，则会将其清空。
java 复制代码 
File file = new File("example.txt");
FileWriter fileWriter = new FileWriter(file);
  1. FileWriter(File file, boolean append)：创建一个将数据写入指定文件的 FileWriter 对象，append 参数用于控制是否在文件末尾追加数据。若 append 参数为 true，则在文件末尾追加数据；若 append 参数为 false，则会将文件清空。
java 复制代码 
File file = new File("example.txt");
boolean append = true;
FileWriter fileWriter = new FileWriter(file, append);

  • fileName 参数表示文件名或文件路径，file 参数表示文件对象。

  • append 参数默认为 false，即默认在文件末尾覆盖数据。

  • 在创建 FileWriter 对象时，如果指定的文件或路径不存在，则会尝试创建相应的文件或目录。但是，如果没有创建权限或磁盘空间不足等原因，则会抛出 IOException 异常。

  • 在写入完数据后，应该调用 close() 方法关闭 FileWriter 对象，以释放相关资源。也可以使用 try-with-resources 语句自动关闭流

StringWriter

StringWriter：用于将字符数据写入一个字符串 。它包含了一个可变的字符串缓冲区，可以将写入的字符累积到缓冲区中，最终将缓冲区中的数据作为字符串返回。

缓冲区大小是根据需要动态增长的，因此没有固定的默认大小。向 StringWriter 写入字符时，如果缓冲区的空间不足，它会自动增加缓冲区的大小以适应更多的字符数据（无论是否指定大小）。

StringWriter 类的实现是线程安全的。

构造方法

  1. StringWriter()：创建一个初始化的空字符串缓冲区。
java 复制代码 
StringWriter stringWriter = new StringWriter();
  1. StringWriter(int initialSize)：创建一个指定初始大小的字符串缓冲区。
java 复制代码 
int initialSize = 1024;
StringWriter stringWriter = new StringWriter(initialSize);

  • 在使用 StringWriter 类时，不需要关心底层数据的存储位置，只需要通过 write() 方法写入数据即可。

  • 写入完数据后，可以通过 toString() 方法获取缓冲区中的数据字符串。如果需要清空字符串缓冲区，可以调用 getBuffer().setLength(0) 方法。

CharArrayWriter

CharArrayWriter 用于将字符数据写入一个字符数组 。它包含了一个可变的字符数组缓冲区，可以将写入的字符累积到缓冲区中，最终将缓冲区中的字符数组作为结果返回。

CharArrayWriter 的缓冲区大小是根据需要动态增长的，因此没有固定的默认大小。如果缓冲区的空间不足，它会自动增加缓冲区的大小以适应更多的字符数据。

CharArrayWriter 类的实现也是线程安全的。

构造方法

  1. CharArrayWriter()：创建一个初始化的空字符数组缓冲区。
java 复制代码 
CharArrayWriter charArrayWriter = new CharArrayWriter();
  1. CharArrayWriter(int initialSize)：创建一个指定初始大小的字符数组缓冲区。
java 复制代码 
int initialSize = 1024;
CharArrayWriter charArrayWriter = new CharArrayWriter(initialSize);

  • 在使用 CharArrayWriter 类时，不需要关心底层数据的存储位置，只需要通过 write() 方法写入数据即可。

  • 写入完数据后，可以通过 toCharArray() 方法获取缓冲区中的字符数组，并通过 toString() 方法将其转换为字符串。如果需要清空字符数组缓冲区，可以调用 reset() 方法。

BufferedWriter

BufferedWriter：用于向其他 Writer 对象提供缓冲功能，减少直接与底层目标进行 IO 操作的次数。它包装了其他 Writer 对象，提供了缓冲写入功能，可以一次写入大块数据，提高IO性能。

构造方法

  1. BufferedWriter(Writer writer)：创建一个使用默认缓冲区大小（8192 字节）的 BufferedWriter 对象。
java 复制代码 
BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(writer);
  1. BufferedWriter(Writer writer, int bufferSize)：创建一个指定缓冲区大小的 BufferedWriter 对象。
java 复制代码 
int bufferSize = 4096;
BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(writer, bufferSize);
  1. BufferedWriter(Writer writer, int bufferSize, int maxBufferSize)：创建一个指定缓冲区初始大小和最大容量的 BufferedWriter 对象。
java 复制代码 
int bufferSize = 1024;
int maxSize = 4096;
BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(writer, bufferSize, maxSize);

  • BufferedWriter 类是用来提高写入性能的，它会将数据先写入缓冲区，而不是直接写入目标流。当缓冲区满或发生显式调用 flush() 方法，缓冲区的内容将会真正写入到目标流中。

  • 在使用完 BufferedWriter 后，要记得调用 close() 方法关闭流，以释放资源，并确保缓冲区的内容被正确刷新到目标流中。

java 复制代码 
import java.io.FileWriter;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;

public class BufferedWriterExample {
    public static void main(String[] args) {
        String filePath = "example.txt";
        String content = "Hello, World!";

        try (FileWriter fw = new FileWriter(filePath);
             BufferedWriter bw = new BufferedWriter(fw)) {
            bw.write(content);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

示例解释：

  • 创建 FileWriter ：使用文件路径 example.txt 创建一个 FileWriter

  • 创建 BufferedWriter ：使用 FileWriter 创建一个 BufferedWriter，以便高效地写入数据

  • 写入数据 ：通过 BufferedWriter 的 write() 方法写入字符串 content

PrintWriter

PrintWriter：用于向文本输出流或字符输出流打印格式化的字符数据。它提供了一系列便利的 print() 和 println() 方法，可以轻松地将各种类型的数据输出为字符串。

构造方法

  1. PrintWriter(OutputStream out)：创建一个将文本输出到指定的 OutputStream 的 PrintWriter 对象。
java 复制代码 
OutputStream outputStream = new FileOutputStream("output.txt");
PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
  1. PrintWriter(OutputStream out, boolean autoFlush)：创建一个将文本输出到指定的 OutputStream 的 PrintWriter 对象，并指定是否自动刷新输出流。若 autoFlush 参数为 true，则在每次调用写入操作（如 print() 或 println()）后会自动刷新输出流。
java 复制代码 
OutputStream outputStream = new FileOutputStream("output.txt");
boolean autoFlush = true;
PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream, autoFlush);
  1. PrintWriter(Writer out)：创建一个将文本输出到指定的 Writer 的 PrintWriter 对象。
java 复制代码 
Writer writer = new FileWriter("output.txt");
PrintWriter printWriter = new PrintWriter(writer);
  1. PrintWriter(Writer out, boolean autoFlush)：创建一个将文本输出到指定的 Writer 的 PrintWriter 对象，并指定是否自动刷新输出流。
java 复制代码 
Writer writer = new FileWriter("output.txt");
boolean autoFlush = true;
PrintWriter printWriter = new PrintWriter(writer, autoFlush);

字符缓冲流

字符缓冲流的基本方法与字符流调用方式一致。字符缓冲流有特有的方法。

  • BufferedReader：String readLine(): 读一行数据，读取到最后返回 null

  • BufferedWriter：newLine(): 换行，由系统定义换行符。

BufferedReader 类和 BufferedWriter 类是Java IO库中提供的两个高效的字符流类，类似于字节缓冲流，用于在读取和写入字符时提供缓冲区功能。

BufferedReader 字符缓冲输入流

BufferedReader 类是 Reader 类的子类，它包装了一个现有的 Reader 对象，并提供了缓冲功能，可以一次读取一行字符数据。

BufferedReader 类提供了:

  • read() 方法 用于读取单个字符

  • readLine() 方法用于读取一行字符数据

  • mark() 和 reset() 方法来支持标记和复位操作。

使用 BufferedReader 可以减少底层的IO操作次数，从而提高读取字符数据的效率。特别是在读取大型文本文件时，使用 BufferedReader 可以显著提升性能。

BufferedWriter 字符缓冲输出流

BufferedWriter 类是 Writer 类的子类，它包装了一个现有的 Writer 对象，并提供了缓冲功能，可以批量写入字符数据。

BufferedWriter 类提供了:

  • write() 方法用于写入字符数据

  • newLine() 方法用于写入换行符

  • flush() 方法用于刷新缓冲区的数据。

使用 BufferedWriter 可以减少底层的IO操作次数，从而提高写入字符数据的效率。

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