I/O流的概念

在Java API中，可以从其中读入一个字节序列的对象称作输入流，而可以向其中写入一个字节序列的对象称作输出流。这些字节序列的来源地和目的地可以是文件，而且通常都是文件，但是也可以是网络连接，甚至是内存块。抽象类InputStream和OutputStream构成了输入/输出(I/O)类层次结构的基础。

下图是IO流常用的层次结构图(Java流家族各种输入/输出流类型超过60个，这里仅列出常用类，详情可以参考JDK API文档)：

由图我们可以发现很多流都是成对的出现的，以下是我们常用到的类：

1. InputStream和OutputStream：字节流的抽象类，以下这两个类的实现类都是以字节为单位操作的。
2. FileInputStream和FileOutputStream：节点流，以字节为单位直接操作**【文件】**，也可称为文件流。
3. ByteArrayInputStream和ByteArrayOutputStream：节点流，以字节为单位直接操作**【字节数组对象】**，也可称为字节数组流。
4. ObjectInputStream和ObjectOutputStream：处理流，以字节为单位直接操作**【对象】，也可称为对象流，也称为序列化/反序列化**。
5. DataInputStream和DataOutputStream：处理流，以字节为单位直接操作**【基本数据类型与字符串类型】**，也可称为数据流。
6. BufferedInputStream和BufferedOutputStream：处理流，将InputStream/OutputStream对象进行包装，增加缓存功能，提高读写效率。
7. Reader和Writer：字符流的抽象类，以下这两个类的实现类都是以字符为单位操作的。
8. FileReader和FileWriter：节点流，以字符为单位直接操作**【文本文件】**。
9. BufferedReader和BufferedWriter：处理流，将Reader/Writer对象进行包装，增加缓存功能，提高读写效率。
10. InputStreamReader和OutputStreamWriter：处理流，将字节流对象转化成字符流对象。
11. PrintStream：处理流，将OutputStream进行包装，它可以方便地输出字符，更加灵活。

下文中会逐一讲解这些类中的常用方法的使用。

I/O流的四大抽象类

InputStream/OutputStream和Reader/Writer类是所有I/O流的抽象父类，他们的作用就是操作对象单位的不同，前者的单位为字节，后者的单位为字符。

1、InputStream

InputStream表示字节输入流的所有类的抽象父类。因为它是一个抽象类，所以它不可以实例化。数据的读取需要由它的子类来实现。根据节点的不同，它派生了不同的节点流子类。

常用方法：

int read()：读取一个字节的数据，并将字节的值作为int类型返回(0~255之间的一个值)。如果未读出字节则返回-1(返回值为-1表示读取结束)。

void close()：关闭输入流对象，释放相关系统资源。

2、OutputStream

OutputStream表示字节输出流的所有类的抽象父类，它同样不可以实例化。输出流接收输出直接并将这些字节发送到某个目的地。

常用方法：

void write(int n)：向目的地中写入一个字节。

void close()：关闭输出流对象，释放相关系统资源。

3、Reader

Reader用于读取的字符流抽象类，数据单位为字符。

常用方法：

int read()：读取一个字符的数据，并将字符的值作为int类型返回(0~65535之间的一个值，即Unicode值)。如果未读出字符则返回-1(返回值为-1表示读取结束)。

void close()：关闭字符输入流对象，释放相关系统资源。

4、Writer

Writer用于写入的字符流抽象类，数据单位为字符。

常用方法：

• void write(int n)：向输出流中写入一个字符。
• void close()：关闭字符输出流对象，释放相关系统资源。

常用类的详解

所有常用类的操作大部分都可以分为四个步骤1.创建源|2.选择流|3.操作|4.释放资源，只要熟练这四个步骤，我们就能很熟练的掌握使用I/O流的操作。因为文章篇幅太长，本文中就简要介绍使用常用的几个方法，需要了解更详细的信息可以参考Java API文档。

文件字节流

FileInputStream通过字节的方式读取文件，适合读取所有类型的文件（如图像、视频、文本文件等）。Java中也提供了FileReader专门读取文本文件。

FileOutputStream通过字节的方式写数据到文件中，适合所有类型的文件。Java中也提供了FileWriter专门写入文本文件。

以下是FileInputStream的使用示例：

以下是FileOutputStream的使用示例：

以下是使用文件字节输入、输出流实现文件拷贝：

文件字节流的注意事项

• 为了减少对硬盘的读写次数，提高效率，通常设置缓存数组。相应地，读取时使用的方法为read(byte[] b)；写入时的方法为write(byte[] b,int off,int length)。
• 程序中如果遇到多个流，每个流都要单独关闭，防止其中一个流出现异常后导致其他流无法关闭的情况。

文件字符流

前面介绍的文件字节流可以处理所有的文件，但是字节流不能很好地处理Unicode字符，经常会出现“乱码”现象。所以处理文本文件时一般可以使用文件字符流，它以字符为单位进行操作。

FileReader使用示例：

FileWriter使用示例：

缓冲字节流

Java缓冲流本身并不具有I/O流的读写功能，只是在其他的流上加上缓冲功能以提高效率，就像是把其他的流包装起来一样，因此缓冲流是一种处理流(包装流)。

缓冲字节流的使用就是将其他的字节流包起来，下面用一个例子对比是否添加缓冲流的性能：

缓冲字节流的注意事项

• 在关闭流时，应该先关闭最外层的包装流，即“先开启的后关闭”。
• 缓存区的默认大小是8192字节，也可以使用其他的构造器来指定大小。

缓冲字符流

BufferedReader和BufferedWriter同样增加了缓冲机制，大大提高了读写文本文件的效率，同时，提供了更方便的按行读取的方法readLine()以及写入方法writeLine()和newLine()。在处理文本时，可以使用缓冲字符流。

以下是使用缓冲字符流的拷贝文件的例子：

缓冲字符流的注意事项

• readLine()方法是BufferedReader特有的方法，可以对文本文件进行更加方便的读取操作。
• 写入一行后要记得使用newLine()方法换行。

字节数组流

ByteArrayInputStream和ByteArrayOutputStream经常用在需要流和数组之间转化的情况，FileInputStream把文件当作数据源，而ByteArrayInputStream则是把内存中的“某个字节数组对象”当作数据源。

ByteArrayInputStream的使用例子：

ByteArrayOutputStream的使用例子：

字节数组流的注意事项

• 字节数组流可以不需要释放资源，但是为了代码完整性，我们也可以将释放资源的代码加上。
• 字节数组的数据源是内存中的“某个字节数组对象”。

数据流

数据流将“基础数据类型与字符串类型”作为数据源，从而允许程序以与机器无关的方式从底层输入/输出流中的操作Java基本数据类型与字符串类型。

以下是一个数据流使用的例子：

数据流的使用注意事项

使用数据流时，读取顺序一定要与写入顺序一致，否则不能正确读取数据。

对象流(序列化/反序列化)

上栏中数据流仅能实现对基本数据类型和字符串类型的读写，并不能读取对象(字符串除外)。如果要对某个对象进行读写操作，则就需要使用对象流。

ObjectInputStream和ObjectOutputStream是以“对象”为数据源，但是必须对传输的对象进行序列化与反序列化操作。

以下是对象流的一个简单使用的例子(为了代码简单异常直接抛出了)：

import java.io.BufferedInputStream：

对象流的使用注意事项

• 对象流不仅可以读写对象，还可以读写基本数据类型。
• 使用对象流读写对象时，该对象必须经过序列化与反序列化。
• 系统提供的类(如Data等)已经实现了序列化接口，自定义类必须手动实现序列化接口。

Java对象的序列化与反序列化

作用

将Java对象转换为字节序列的过程称为对象的序列化；将字节序列回复为Java对象的过程称为对象的反序列化。

对象的序列化的作为如下：

• 持久化：把对象的字节序列永久地保存到硬盘上，通常存放在一个文件中，例如休眠的实现、服务器的session的持久化，hibernate持久化对象等。
• 网络通信：在网络上传送对象的字节序列，例如服务器之间的数据通信、对象传递等。

序列化与反序列化在对象流中的使用

ObjectOutputStream代表对象输出流，它的writeObject(Object obj)方法可以对参数指定的obj对象进行序列化，把得到的字节序列写到一个目标输出流中。

ObjectInputStream代表对象输入流，它的readObject()方法可以从一个源输入流中读取字节序列，再将其反序列化为一个对象并返回。

只有实现了Serializable接口的类的对象才能被序列化。Serializable接口是一个空接口，只起标记作用。

注意事项

• static属性不参与序列化。
• 对象中的某些属性如果不想被序列化，不能使用static，而应使用transient修饰。
• 为了防止读和写的序列化ID不一致，一般指定一个固定的序列化ID。

转换流

InputStreamReader和OutputStreamWriter用来实现将字节流转化成字符流。例如下面的例子：

随意访问文件流

RandomAcessFile可以实现两个作用：

• 实现对一个文件的读和写操作。
• 可以访问文件的任意位置，不像其他流只能按照先后顺序读取。

随意访问文件流的三个核心方法：

• RandomAccessFile(String name,String mode)：name用于确定文件，mode取r(读)或rw(可读写)，通过mode可以确定流对文件的访问权限。
• seek(long a)：用于定位流对象读写文件的位置，a确定读写位置距离文件开头的字节数。
• getFilePointer()：用于获取流的当前读写位置。

以下是一个使用RandomAccessFile分割文件的例子：

打印流

这个流仅需要了解即可，以下是一个简单的例子：

commons-io的使用

Apache-commons-io工具包提供了IOUtils/FileUtils，它可以非常方便地对文件和目录进行操作。大大提高实际开发中的工作效率(没有必要重复造轮子)。

FileUtils类的常用方法

阅读FileUtils的API文档，可以归纳出以下在开发工作中比较常用的方法(详细的可以查看commons-io的API文档)：

1. cleanDirectory：清空目录，但不删除目录。
2. contentEquals：比较两个文件的内容是否相同。
3. copyDirectory：将一个目录中的内容复制到另一个目录，可以通过FileFilter过滤需要复制的文件。
4. copyFile：将一个文件复制到一个新地址。
5. copyFileToDirectory：将一个文件复制到某个目录下。
6. copyInputStreamToFile：将一个输出流中的内容复制到某个文件。
7. deleteDirectory：删除目录。
8. deleteQuietly：删除文件。
9. listFiles：列出指定目录下的所有文件。
10. openInputStream：打开指定文件的输入流。
11. readFileToString：将文件内容作为字符串返回。
12. readLines：将文件内容按行返回到一个字符串数组中。
13. size：返回文件或目录的大小。
14. write：将字符串内容直接写到文件中。
15. writeByteArrayToFile：将字节数组内容写到文件中。
16. writeLines：将容器中元素的toString方法返回的内容依次写入文件。
17. writeStringToFile：将字符串内容写到文件中。

IOUtils类的常用方法

1. buffer：将传入的流进行包装，变成缓冲流，并可以通过参数指定缓冲大小
2. closeQueitly：关闭流。
3. contentEquals：比较两个流中的内容是否一致。
4. copy：将输入流中的内容复制到输出流中，并指定字符编码。
5. copyLarge：将输入流中的内容复制到输出流中，适合用于大于2GB的内容复制。
6. lineIterator：返回可以迭代每一行内容的迭代器。
7. read：将输入流中的所有内容读入到字节数组中。
8. readFully：将输入流中的所有内容读入到字节数组中。
9. readLine：读取输入流内容中的一行。
10. toBufferedInputStream，toBufferedReader：将输入流转为带缓冲的输入流。
11. toByteArray，toCharArray：将输入流的内容转为字节数组、字符数组。
12. toString：将输入流或数组中的内容转化为字符串。
13. write：向流里面写入内容。
14. writeLine：向流里面写入一行内容。

常用方法的例子

读取内容

写出内容

拷贝文件/文件夹

统计文件夹或文件夹大小

遍历文件

结语

IO流Java中一个特别重要的知识点，本篇内容对于IO流的讲解仅限于常用的使用方法，需要了解更详细的方法，可以参阅官方API文档。本篇至此完结，如有错误的地方，望在评论区指正。