第五章：输入输出（IO）

5.1 IO流概述

1. 什么是IO流

IO（Input/Output）流是Java中用于处理输入和输出操作的核心机制。它提供了一种统一的方式来读取和写入数据，无论是从文件、网络连接、内存缓冲区还是其他数据源。IO流可以看作是数据的流动管道，数据从源头（如文件）流向目标（如程序内存），或反之。

2. IO流的分类

Java中的IO流主要分为以下几类：

2.1 按数据流向

  • 输入流（InputStream/Reader）：用于从数据源读取数据到程序中。
  • 输出流（OutputStream/Writer）：用于将程序中的数据写入到目标位置。

2.2 按数据类型

  • 字节流（Byte Streams）：以字节为单位读写数据，适用于二进制文件（如图片、音频等）。
    • 输入流：InputStream及其子类（如FileInputStream）。
    • 输出流：OutputStream及其子类（如FileOutputStream）。
  • 字符流（Character Streams）：以字符为单位读写数据，适用于文本文件。
    • 输入流：Reader及其子类（如FileReader）。
    • 输出流：Writer及其子类（如FileWriter）。

2.3 按功能

  • 节点流（Node Streams）：直接与数据源或目标交互的流（如FileInputStream）。
  • 处理流（Processing Streams）：对节点流进行封装，提供额外功能（如缓冲、数据转换等），例如：
    • BufferedInputStream：提供缓冲功能，提高读取效率。
    • DataInputStream：支持基本数据类型的读取。

3. IO流的层次结构

Java的IO流类库采用了装饰器模式（Decorator Pattern），通过组合不同的流类来实现灵活的功能扩展。例如：

// 使用缓冲流包装文件输入流，提高读取效率
InputStream in = new BufferedInputStream(new FileInputStream("example.txt"));

4. 常见的IO流类

以下是Java IO包中一些重要的类：

类名描述
FileInputStream从文件读取字节的输入流
FileOutputStream向文件写入字节的输出流
FileReader从文件读取字符的输入流
FileWriter向文件写入字符的输出流
BufferedReader提供缓冲功能的字符输入流
BufferedWriter提供缓冲功能的字符输出流
ObjectInputStream用于反序列化对象的输入流
ObjectOutputStream用于序列化对象的输出流

5. IO流的基本使用步骤

以下是使用IO流的典型流程：

  1. 创建流对象：根据需求选择输入流或输出流，并绑定数据源或目标。
  2. 读写数据：调用流的读写方法（如read()、write()）。
  3. 关闭流：调用close()方法释放资源（推荐使用try-with-resources语法自动关闭）。

示例代码：

// 使用try-with-resources自动关闭流
try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt");
     FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt")) {
    int data;
    while ((data = fis.read()) != -1) {
        fos.write(data);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

6. 注意事项

  • 资源释放：必须关闭流以避免资源泄漏。
  • 异常处理：IO操作可能抛出IOException，需妥善处理。
  • 性能优化：对于频繁读写操作，建议使用缓冲流（如BufferedInputStream）。

通过本节的学习，读者可以掌握Java IO流的基本概念和分类，为后续深入学习字节流、字符流和文件操作打下基础。

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