Java的IO

在学习 IO 流之前，我们写的程序都是在内存里面自己跟自己玩。比如你声明一个变量，创建一个数组，创建一个集合，写一个排序算法，模拟一个链表，使用一些常用的 API，其实都只是自己在内存里面玩一玩。

如果你是用 C 语言的话，除了基本数据类型的声明外，你都需要使用 malloc() 申请内存来存放数据。

如果你的程序需要与外部设备交互，那么就需要 IO 了。那么用什么交互呢？用的是比特流，也叫做字节流。显然不可能靠之前学习的那些数组，集合，常用类，String等等来完成。

既然要学习 IO 流，就得针对某个输入输出设备来学习。哪种输入输出设备最重要也最常见，是硬盘。硬盘在这里的含义也可以理解为文件系统。因此学习 IO 流的时候，基本上是学习 Java 如何操作文件系统。

顶层抽象类 InputStream 和 OutputStream

要使用 Java 操作文件系统，首先要学习的就是文件的表示，即 File 类。然后，要操作文件，虽然我们大部分操作都是操作文件系统，但是要明白 IO 流的概念不仅仅局限在操作文件上，编程语言是要操作所有的输入输出。于是，Java API 提供了两个顶层抽象类，用来表示操作所有的输入输出 InputStream，OutputStream。并且，这两个类表示字节的输入输出，因为输入输出的本质是字节流。这里注意体会一句话“字节流是最最基本的流”，这句话的由来就是因为计算机底层传递的就是字节。

操作文件系统 FileInputStream 和 FileOutputStream

当我们要操作文件的时候，就需要具体的对文件系统操作的 IO 实现类，于是我们需要学习 FileInputStream 和 FileOutputStream，它们是文件输入输出字节流。这里之所以 FileInputStream/OutputStream 作为子类出现，按照面向对象思想理解就是，将来还有别的字节流来操作别的设备（比如将来需要通过操作网络设备获取网络数据，再比如需要操作机器人，那么或许就会再来个 RobotInputStream 和RobotOutputStream，这些新的需求也就都可以继承这个体系）

（这里顺便提一句架构设计思想，其中有一种设计原则叫“开闭原则”，其核心是：一个对象对扩展开放，对修改关闭。就是说，一旦写好了某个类，就不要去轻易改动他，而是要保证它一直能运行下去，而面对新的功能需求时，只要在原有代码上增加即可，而不是修改原有代码。要做到开闭原则，就需要分清需求中未来哪些部分是稳定的，哪些是很可能变化的，而往往抽象的部分是最稳定的，把稳定的内容分离出来，就能满足开闭原则。这就是为什么 Java 的类设计的如此之琐碎，为什么我们要从继承关系角度去理解 JavaIO 流的设计）

增加缓存区 BufferedInputStream 和 BufferedOutputSteam

学了文件 IO 字节流之后，我们会发现原始的字节流对象用起来没那么高效，因为每个读或写请求都由底层操作系统处理，这些请求往往会触发磁盘访问、网络活动或其他一些相对昂贵的操作。不带缓冲区的流对象，只能一个字节一个字节的读，每次都调用底层的操作系统 API，非常低效，而带缓冲区的流对象，可以一次读一个缓冲区，缓冲区空了才去调用一次底层 API，这就能大大提高效率。所以又有了 BufferedInputStream 和 BufferedOutputSteam，他们的用法是把字节流对象传入后再使用，也相当于把它俩套在了字节流的外面，给字节流装了个“外挂”，让基本字节流如虎添翼。

FileInputStream / FileOutputStream 一般总是应该用 BufferedInputStream / BufferedOutputStream 装饰

public class BufferedInputStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        File file = new File("file.txt");
        FileInputStream fileInputStream = null;
        BufferedInputStream bufferedInputStream = null;

        try {
            fileInputStream = new FileInputStream(file);
            bufferedInputStream = new BufferedInputStream(fileInputStream);
            // Create buffer
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int bytesRead = 0;
            while ((bytesRead = bufferedInputStream.read(buffer)) != -1) {
                System.out.println(new String(buffer, 0, bytesRead));
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if (fileInputStream != null) {
                    fileInputStream.close();
                }
                if (bufferedInputStream != null) {
                    bufferedInputStream.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }
}

public class BufferedOutputStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        File file=new File("outfile.txt");
        FileOutputStream fileOutputStream=null;
        BufferedOutputStream bufferedOutputStream=null;
        try {
            fileOutputStream=new FileOutputStream(file);
            bufferedOutputStream=new BufferedOutputStream(fileOutputStream);
            bufferedOutputStream.write("This is an example of writing data to a file".getBytes());
            bufferedOutputStream.write(" using BufferedOutputStream".getBytes());
            bufferedOutputStream.flush();
            
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            try {
                if(fileOutputStream!=null){
                    fileOutputStream.close();
                }
                if(bufferedOutputStream!=null){
                    bufferedOutputStream.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

变成人类可读可写 InputStreamReader 和 OutputStreamWriter

说到操作文件，就不得不提到文件的分类和编码格式。文件分为二进制文件和文本文件，二进制文件是用记事本打开后看不懂的，他们的编码格式是特殊的，比如 pdf 文件，exe 文件。记事本打开后人能看懂的只有纯文本文件，我们处理文件（或者说处理任何的字节流），就免不了处理一些文本文件（或文本字节流）。如果是英语国家的人还好说，因为他们是用的常用字符用一张 ASCII 码表就能表示得出来，用一个字节就能表示一个字母。但是显然，对非英语国家的人来说，一个字节的大小无法表示他们所有的文字。因此，人们需要有能够处理字符的类，或者说这个类提供一个功能：就是把输入的字节转成字符，把要输出的字符转成计算机可以识别的字节。所以，你需要两个转换流：InputStreamReader 和 OutputStreamWriter。这两个类的作用分别是把字节流转成字符流，把字符流转成字节流。但是这两个流需要套在现成的字节流上才能使用，当中用到的设计模式也就是常说的装饰模式。当字节流被转成字符流之后，恭喜你，你可以不必操作字节流了，而是可以用人类的方式 read 和write 各种“文字”。

还是回到文件系统，我们最常见的是和文件系统打交道，那么针对如此常见的用途，读取文本文件能不能用一种方便的方式呢？当然，大牛们替你想到并提供了。FileReader 和 FileWriter 这两个流对象可以直接把文件转成读取、写入流。让你省去了创建字节流，再套上转换流的步骤。看看这类名起的，实际上很形象，xxxReader 和 xxxWriter ，明摆着告诉你“阅读和书写”都是“人可以做的”也就是他们表示的是字符流。同理上面的 InputStreamReader 和 OutputStreamWriter，表示的是把字节流转成人可读的，把字节流转成人可写的。因此他们的顶层抽象类：Reader 和 Writer，表示的是所有人类可读可写的字符流统称。

同上面说的缓冲区的作用，再把Reader和Writer做成高效的，就需要BufferedReader和BufferedWriter，把它们套在Reader和Writer上，就能实现高效的字符流。

本来来源：
作者：大概是条废咸鱼
链接：https://www.zhihu.com/question/67535292/answer/1248887503
来源：知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。