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Java I/O流详解

扎眼的阳光 • • IT • 阅读 116

目录

    • 什么是Java I/O流
    • Java I/O流的分类
      • 字节流与字符流
    • Java I/O流主要类
      • 字节流类
        • FileInputStream & FileOutputStream
        • DataInputStream & DataOutputStream
        • BufferedInputStream & BufferedOutputStream
        • ByteArrayInputStream&ByteArrayOutputStream
      • 字符流类
        • FileReader & FileWriter
        • BufferedReader & BufferedWriter
        • InputStreamReader & OutputStreamWriter
      • 其他流类
        • SequenceInputStream
        • PipedInputStream & PipedOutputStream
        • ObjectInputStream & ObjectOutputStream
    • Java I/O流实际应用示例
      • 文件复制
      • 文本文件的读写
      • 数据类型的读写
      • 对象序列化与反序列化
      • 管道通信
      • 合并文件
    • Java I/O流异常处理
    • I/O流与装饰器模式
    • 继承关系
    • 总结

什么是Java I/O流

  Java I/O流是一套用于在Java程序中处理数据输入和输出的类和接口。它们用于从各种数据源（如文件、网络等）读取数据和向这些数据源写入数据。主要分为字节流（处理字节数据）和字符流（处理文本数据）。

Java I/O流的分类

字节流与字符流

在Java中，字节流和字符流是处理数据输入和输出的两种主要方式。它们之间的主要区别在于处理的数据类型：

  1. 字节流（Byte Streams）：字节流用于处理原始字节（8位）数据。这意味着它们可以用于处理任何类型的数据，如文本、图片、音频和视频文件等。字节流的基类是InputStream（用于输入操作）和OutputStream（用于输出操作）。一些常见的字节流实现包括FileInputStream、FileOutputStream、ByteArrayInputStream和ByteArrayOutputStream。

  2. 字符流（Character Streams）：字符流用于处理文本数据（字符）。这些流处理的是字符数据（通常是16位或更高），因此它们特别适用于处理Unicode文本。字符流的基类是Reader（用于输入操作）和Writer（用于输出操作）。一些常见的字符流实现包括FileReader、FileWriter、StringReader和StringWriter。

简而言之，字节流主要用于处理二进制数据，而字符流主要用于处理文本数据。选择哪种流取决于你的数据类型和特定需求。

Java I/O流主要类

字节流类

FileInputStream & FileOutputStream

FileInputStream和FileOutputStream是Java I/O流中用于处理文件输入和输出的字节流实现。它们分别继承自InputStream和OutputStream基类，可以直接处理二进制数据。

  1. FileInputStream：FileInputStream是用于从文件中读取数据的输入流。它可以用于读取任何类型的文件，如文本文件、图片、音频和视频文件等。FileInputStream将文件内容作为字节序列读取，每次可以读取一个或多个字节。以下是一个简单的FileInputStream示例：
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class FileInputStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt")) {
            int data;
            while ((data = fis.read()) != -1) {
                System.out.print((char) data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
  1. FileOutputStream：FileOutputStream是用于将数据写入文件的输出流。它可以用于创建新文件或覆盖/追加现有文件的内容。与FileInputStream类似，FileOutputStream也可以处理任何类型的文件。以下是一个简单的FileOutputStream示例：
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class FileOutputStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        String data = "Hello, World!";

        try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt")) {
            fos.write(data.getBytes());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
DataInputStream & DataOutputStream
  1. DataInputStream：DataInputStream 是用于从数据源（如文件、网络连接等）按照特定格式读取基本数据类型和字符串的输入流。它的构造函数接收一个 InputStream 参数，例如 FileInputStream。DataInputStream 提供了各种方法，如 readInt()、readFloat()、readBoolean() 和 readUTF() 等，用于从输入流中读取相应类型的数据。以下是一个简单的 DataInputStream 示例：
import java.io.DataInputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class DataInputStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.bin");
             DataInputStream dis = new DataInputStream(fis)) {
            int num = dis.readInt();
            float fnum = dis.readFloat();
            boolean flag = dis.readBoolean();
            String str = dis.readUTF();

            System.out.println(num);
            System.out.println(fnum);
            System.out.println(flag);
            System.out.println(str);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
  1. DataOutputStream：DataOutputStream 是用于将基本数据类型和字符串按照特定格式写入目标（如文件、网络连接等）的输出流。它的构造函数接收一个 OutputStream 参数，例如 FileOutputStream。DataOutputStream 提供了各种方法，如 writeInt()、writeFloat()、writeBoolean() 和 writeUTF() 等，用于向输出流中写入相应类型的数据。以下是一个简单的 DataOutputStream 示例：
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class DataOutputStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.bin");
             DataOutputStream dos = new DataOutputStream(fos)) {
            int num = 42;
            float fnum = 3.14f;
            boolean flag = true;
            String str = "Hello, World!";

            dos.writeInt(num);
            dos.writeFloat(fnum);
            dos.writeBoolean(flag);
            dos.writeUTF(str);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3.DataInputStream 和 DataOutputStream 可以与其他流结合使用，以便实现更复杂的数据处理需求。在创建 DataInputStream 和 DataOutputStream 对象时，需要将它们与底层的 InputStream 和 OutputStream 对象关联起来。这种关联可以实现在不同类型的流之间的转换。

例如，我们可以将 DataInputStream 和 DataOutputStream 与 BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream 结合使用，以提高数据读写的性能。以下是一个简单的示例：

import java.io.*;

public class DataStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        String fileName = "data.bin";
        try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream(fileName);
             BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fos);
             DataOutputStream dos = new DataOutputStream(bos)) {

            dos.writeInt(42);
            dos.writeDouble(3.14);
            dos.writeUTF("Hello, World!");

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        try (FileInputStream fis = new FileInputStream(fileName);
             BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);
             DataInputStream dis = new DataInputStream(bis)) {

            int intValue = dis.readInt();
            double doubleValue = dis.readDouble();
            String stringValue = dis.readUTF();

            System.out.println(intValue);
            System.out.println(doubleValue);
            System.out.println(stringValue);

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在这个示例中，我们首先使用 FileOutputStream 打开一个文件输出流，然后将其包装在一个 BufferedOutputStream 中，以缓冲写操作。接下来，我们将 BufferedOutputStream 传递给 DataOutputStream 的构造函数。这样，我们就可以使用 DataOutputStream 的方法将数据按照特定格式写入缓冲区，然后将缓冲区的内容写入文件。类似地，我们可以在读取数据时使用 FileInputStream、BufferedInputStream 和 DataInputStream 的组合。

总之，DataInputStream 和 DataOutputStream 可以与其他流结合使用，以实现更高级的功能和更高效的数据处理。将它们与其他流组合时，可以轻松地在不同类型的流之间进行转换。

ps: 当使用 DataInputStream 读取文件时，文件中的格式和数据类型必须与读取操作相符。换句话说，文件中的数据顺序和类型应该与你在程序中使用的 DataInputStream 方法相匹配。

例如，如果你先使用 DataOutputStream 的 writeInt() 方法写入一个整数，然后使用 writeDouble() 方法写入一个双精度浮点数，那么在读取该文件时，你需要首先使用 DataInputStream 的 readInt() 方法读取整数，接着使用 readDouble() 方法读取双精度浮点数。如果你尝试使用错误的方法读取数据，可能会导致错误的结果或抛出异常。

因此，在使用 DataInputStream 和 DataOutputStream 读写文件时，确保按照相同的顺序和数据类型进行操作是很重要的。如果文件的结构非常复杂，你可能需要定义一个明确的文件格式规范，以便在读取和写入数据时遵循相同的规则。另外，一种解决方法是使用更高级的数据序列化和反序列化库（如 Google 的 Protocol Buffers 或 Java 自带的序列化机制），这些库可以自动处理数据类型和结构的匹配问题。

BufferedInputStream & BufferedOutputStream

BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream 是 Java I/O 流中用于缓冲输入和输出操作的字节流实现。它们分别继承自 FilterInputStream 和 FilterOutputStream，可以与其他 InputStream 和 OutputStream 结合使用，以提高数据读写的性能。

  1. BufferedInputStream：BufferedInputStream 是用于缓冲输入操作的字节流类。它在内部维护一个字节缓冲区，用于一次性从底层输入流中读取多个字节。这样可以减少实际的 I/O 操作次数，从而提高读取性能。要使用 BufferedInputStream，你需要将它与一个底层的 InputStream 对象关联，例如 FileInputStream。以下是一个简单的 BufferedInputStream 示例：
import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class BufferedInputStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt");
             BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis)) {
            int data;
            while ((data = bis.read()) != -1) {
                System.out.print((char) data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
  1. BufferedOutputStream：BufferedOutputStream 是用于缓冲输出操作的字节流类。与 BufferedInputStream 类似，它在内部维护一个字节缓冲区，用于一次性将多个字节写入底层输出流。这样可以减少实际的 I/O 操作次数，从而提高写入性能。要使用 BufferedOutputStream，你需要将它与一个底层的 OutputStream 对象关联，例如 FileOutputStream。以下是一个简单的 BufferedOutputStream 示例：
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class BufferedOutputStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        String data = "Hello, World!";

        try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt");
             BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fos)) {
            bos.write(data.getBytes());
            bos.flush(); // Ensure that all buffered data is written to the output stream
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
ByteArrayInputStream&ByteArrayOutputStream

ByteArrayInputStream和ByteArrayOutputStream是Java IO类库中的两个基于内存的流类。它们都是使用一个字节数组作为数据源，不需要从磁盘或网络中读取或写入数据，因此速度较快。下面是这两个类的一些常见用法：

ByteArrayInputStream类：

  • 从字节数组中读取数据：可以使用ByteArrayInputStream类的read()、read(byte[] b, int off, int len)等方法，从字节数组中读取指定数量的字节数据，并返回读取的字节数。

  • 将字节数组包装为输入流：可以使用ByteArrayInputStream类的构造函数，将一个字节数组包装为一个输入流对象，然后可以对这个输入流进行读取操作。

    byte[] data = new byte[] {0x01, 0x02, 0x03};
ByteArrayInputStream in = new ByteArrayInputStream(data);
int byteRead = in.read(); // 读取一个字节数据
byte[] buffer = new byte[1024];
int bytesRead = in.read(buffer, 0, buffer.length); // 读取指定数量的字节数据

ByteArrayOutputStream类：

  • 向字节数组中写入数据：可以使用ByteArrayOutputStream类的write()、write(byte[] b, int off, int len)等方法，向字节数组中写入指定数量的字节数据。

  • 获取写入的字节数组：可以使用ByteArrayOutputStream类的toByteArray()方法，返回写入的字节数组。

  • 将字节数组包装为输出流：可以使用ByteArrayOutputStream类的构造函数，将一个字节数组包装为一个输出流对象，然后可以对这个输出流进行写入操作。

    ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
out.write(0x01); // 写入一个字节数据
byte[] data = new byte[] {0x02, 0x03, 0x04};
out.write(data, 0, data.length); // 写入指定数量的字节数据
byte[] result = out.toByteArray(); // 获取写入的字节数组

字符流类

FileReader & FileWriter

FileReader 和 FileWriter 是 Java I/O 流中用于处理字符输入和输出的字符流实现。它们分别继承自 InputStreamReader 和 OutputStreamWriter，并为文件读取和写入操作提供方便的方法。

  1. FileReader：FileReader 是用于从文件中读取字符数据的字符流类。它的构造函数接收一个文件名或 File 对象。FileReader 可以逐个字符地读取文件，或者一次性读取多个字符到字符数组中。以下是一个简单的 FileReader 示例：
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class FileReaderExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileReader fr = new FileReader("input.txt")) {
            int data;
            while ((data = fr.read()) != -1) {
                System.out.print((char) data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
  1. FileWriter：FileWriter 是用于将字符数据写入文件的字符流类。与 FileReader 类似，它的构造函数也接收一个文件名或 File 对象。FileWriter 可以逐个字符地写入文件，或者一次性写入多个字符从字符数组中。以下是一个简单的 FileWriter 示例：
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;

public class FileWriterExample {
    public static void main(String[] args) {
        String data = "Hello, World!";

        try (FileWriter fw = new FileWriter("output.txt")) {
            fw.write(data);
            fw.flush(); 
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

fr.read() 是一个方法调用，用于从 FileReader（或更一般地说，从任何 java.io.Reader 子类）读取单个字符。read() 方法属于 java.io.Reader 类（FileReader 的父类），它的作用是从字符输入流中读取一个字符。

read() 方法返回一个整数，该整数表示从输入流中读取的字符的 Unicode 代码点（在 0 到 65535 之间）。当已到达流的末尾，没有可读取的字符时，read() 方法返回 -1，表示已经读取完所有数据。

fw.flush() 是一个方法调用，用于确保所有缓冲的数据被写入底层文件。flush() 方法属于 java.io.Writer 类（FileWriter 的父类），它的作用是清空缓冲区，并将任何还未写入的数据立即写入底层输出流。

在某些情况下，为了提高性能，Writer 可能会将写入操作的数据暂存在内部缓冲区，而不是立即写入底层输出流（例如文件）。当调用 flush() 方法时，它会强制将缓冲区中的数据写入输出流，确保数据的完整性。

在使用 FileWriter 或其他 Writer 子类时，建议在关闭流之前调用 flush() 方法，以确保所有数据都已写入文件。不过，在使用 try-with-resources 结构时，当流对象离开 try 块范围时，它们的 close() 方法会自动被调用，close() 方法会隐式调用 flush() 方法。所以，在这种情况下，你不一定需要显式调用 flush()。但是，如果你想在关闭流之前确保数据已经写入文件，显式调用 flush() 是一个好习惯。

FileReader 和 FileWriter 是处理字符输入和输出的字符流类，特别适合处理文本文件。它们提供了一种方便的方法来读取和写入字符数据。在处理文本文件时，相较于字节流，字符流可以更好地处理字符编码和解码，以确保文本数据的正确表示。

BufferedReader & BufferedWriter

BufferedReader 和 BufferedWriter 是 Java I/O 流中用于缓冲字符输入和输出操作的字符流实现。它们分别继承自 Reader 和 Writer 类，可以与其他字符流结合使用，以提高数据读写的性能。

  1. BufferedReader：BufferedReader 是用于缓冲字符输入操作的字符流类。它在内部维护一个字符缓冲区，用于一次性从底层输入流中读取多个字符。这样可以减少实际的 I/O 操作次数，从而提高读取性能。BufferedReader 还提供了一个方便的 readLine() 方法，用于一次性读取一行文本。要使用 BufferedReader，你需要将它与一个底层的 Reader 对象关联，例如 FileReader。以下是一个简单的 BufferedReader 示例：
import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class BufferedReaderExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileReader fr = new FileReader("input.txt");
             BufferedReader br = new BufferedReader(fr)) {
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
  1. BufferedWriter：BufferedWriter 是用于缓冲字符输出操作的字符流类。与 BufferedReader 类似，它在内部维护一个字符缓冲区，用于一次性将多个字符写入底层输出流。这样可以减少实际的 I/O 操作次数，从而提高写入性能。要使用 BufferedWriter，你需要将它与一个底层的 Writer 对象关联，例如 FileWriter。以下是一个简单的 BufferedWriter 示例：
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;

public class BufferedWriterExample {
    public static void main(String[] args) {
        String data = "Hello, World!";

        try (FileWriter fw = new FileWriter("output.txt");
             BufferedWriter bw = new BufferedWriter(fw)) {
            bw.write(data);
            bw.newLine(); 
            bw.flush(); 
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
InputStreamReader & OutputStreamWriter

InputStreamReader 和 OutputStreamWriter 是 Java I/O 流中用于在字节流和字符流之间进行转换的桥梁。它们分别继承自 Reader 和 Writer 类，可以与其他输入/输出流结合使用，以处理字符编码和解码。

  1. InputStreamReader：InputStreamReader 是一个字符输入流，它将底层的字节输入流（如 InputStream 子类）转换为字符流。它可以处理字符集编码，从字节转换为 Java 中的 Unicode 字符。要使用 InputStreamReader，你需要将其与一个底层的 InputStream 对象关联，例如 FileInputStream。可以在构造函数中指定字符集，如果不指定，则使用平台默认的字符集。以下是一个简单的 InputStreamReader 示例：
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;

public class InputStreamReaderExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt");
             InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis, "UTF-8")) {
            int data;
            while ((data = isr.read()) != -1) {
                System.out.print((char) data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
  1. OutputStreamWriter：OutputStreamWriter 是一个字符输出流，它将字符流转换为底层的字节输出流（如 OutputStream 子类）。它可以处理字符集编码，将 Java 中的 Unicode 字符转换为字节。要使用 OutputStreamWriter，你需要将其与一个底层的 OutputStream 对象关联，例如 FileOutputStream。可以在构造函数中指定字符集，如果不指定，则使用平台默认的字符集。以下是一个简单的 OutputStreamWriter 示例：
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStreamWriter;

public class OutputStreamWriterExample {
    public static void main(String[] args) {
        String data = "Hello, World!";

        try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt");
             OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(fos, "UTF-8")) {
            osw.write(data);
            osw.flush(); // Ensure that all buffered data is written to the output stream
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

其他流类

SequenceInputStream

SequenceInputStream 是 Java I/O 流中的一个特殊输入流，它允许你将两个或多个输入流连接起来，使它们看起来像一个单独的输入流。它继承自 InputStream 类。当你从 SequenceInputStream 读取数据时，它首先读取第一个输入流的数据，然后读取第二个输入流的数据，依此类推，直到所有输入流的数据都被读取。这样，你可以在一个循环中连续读取多个输入流，而不必逐个处理它们。

要使用 SequenceInputStream，你可以将两个 InputStream 对象传递给构造函数，或者传递一个 Enumeration，其中包含要连接的输入流。以下是一个简单的 SequenceInputStream 示例，它将两个文件的内容连接起来：

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.SequenceInputStream;

public class SequenceInputStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (InputStream is1 = new FileInputStream("input1.txt");
             InputStream is2 = new FileInputStream("input2.txt");
             SequenceInputStream sis = new SequenceInputStream(is1, is2)) {
            int data;
            while ((data = sis.read()) != -1) {
                System.out.print((char) data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在这个示例中，我们创建了两个 FileInputStream 对象（is1 和 is2），分别关联到名为 “input1.txt” 和 “input2.txt” 的文件。然后，我们使用这两个输入流创建一个 SequenceInputStream（sis）。在循环中，我们使用 sis.read() 读取数据，首先读取 “input1.txt” 的内容，然后读取 “input2.txt” 的内容。这样，我们可以将两个文件的内容连续输出到控制台。

总之，SequenceInputStream 是一种特殊的输入流，允许你将多个输入流连接成一个输入流。这在需要按顺序处理多个输入源的场景中非常有用。

PipedInputStream & PipedOutputStream

PipedInputStream 和 PipedOutputStream 是 Java I/O 流中用于在两个线程之间传输数据的一对特殊字节流。它们分别继承自 InputStream 和 OutputStream 类。这两个类可以创建管道，一个线程通过 PipedOutputStream 向管道写入数据，而另一个线程通过 PipedInputStream 从管道读取数据。这种方式允许在两个线程之间实现线程安全的数据传输。

以下是一个简单的示例，演示了如何使用 PipedInputStream 和 PipedOutputStream 在两个线程之间传输数据：

import java.io.IOException;
import java.io.PipedInputStream;
import java.io.PipedOutputStream;

public class PipedStreamExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        PipedInputStream pis = new PipedInputStream();
        PipedOutputStream pos = new PipedOutputStream(pis);

        // Writer thread
        Thread writerThread = new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                    pos.write(i);
                    pos.flush(); // Ensure that data is sent to the input stream
                    Thread.sleep(1000); // Sleep for 1 second
                }
                pos.close(); // Close the output stream
            } catch (IOException | InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        // Reader thread
        Thread readerThread = new Thread(() -> {
            try {
                int data;
                while ((data = pis.read()) != -1) {
                    System.out.println("Received data: " + data);
                }
                pis.close(); // Close the input stream
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        writerThread.start(); // Start the writer thread
        readerThread.start(); // Start the reader thread
    }
}

在此示例中，我们首先创建了一个 PipedInputStream（pis）和一个 PipedOutputStream（pos），并将它们连接在一起。然后，我们创建了两个线程：一个用于写入数据（writerThread），另一个用于读取数据（readerThread）。writerThread 向 pos 写入 1 到 10 的整数，每次写入后暂停 1 秒。readerThread 从 pis 读取数据，并将接收到的数据输出到控制台。这个示例演示了如何在两个线程之间使用管道传输数据。

总之，PipedInputStream 和 PipedOutputStream 是一对特殊的字节流，用于在两个线程之间实现线程安全的数据传输。在需要在多线程环境中传输数据时，这些类非常有用。

ObjectInputStream & ObjectOutputStream

ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream 是 Java I/O 流中用于实现对象序列化和反序列化的特殊流。它们分别继承自 InputStream 和 OutputStream 类。对象序列化是将对象的状态（即其属性值）转换为字节流的过程，而反序列化是从字节流重建对象的状态的过程。这些流允许你将对象写入文件、网络套接字或其他输出流，然后从输入流中重新构建对象。

在使用 ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream 之前，请确保你的对象实现了 Serializable 接口，这表示对象可以序列化和反序列化。Serializable 接口是一个标记接口，没有任何方法需要实现。

以下是一个简单的示例，演示了如何使用 ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream 进行对象序列化和反序列化：

import java.io.*;

class Person implements Serializable {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{name='" + name + "', age=" + age + '}';
    }
}

public class ObjectStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person("Alice", 30);

        // Serialize the object
        try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream("person.ser");
             ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos)) {
            oos.writeObject(person);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // Deserialize the object
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("person.ser");
             ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis)) {
            Person deserializedPerson = (Person) ois.readObject();
            System.out.println("Deserialized person: " + deserializedPerson);
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在此示例中，我们首先创建了一个实现了 Serializable 接口的 Person 类。接着，我们创建了一个 Person 对象（person）并使用 ObjectOutputStream 将其序列化到一个名为 “person.ser” 的文件。然后，我们使用 ObjectInputStream 从文件中反序列化 Person 对象，并将反序列化的对象输出到控制台。

总之，ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream 是用于实现对象序列化和反序列化的特殊流。它们允许你将对象的状态转换为字节流，并从字节流中重建对象。这在需要将对象写入文件、网络套接字或其他输出流时非常有用。请注意，要使用这些流，对象必须实现 Serializable 接口。

Java I/O流实际应用示例

文件复制

方法1：

import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;

public class FileCopyExample {
    public static void main(String[] args) {
        Path sourcePath = Paths.get("source.txt");
        Path targetPath = Paths.get("target.txt");

        try {
            Files.copy(sourcePath, targetPath);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
         }
    }
}

方法2：

import java.io.*;

public class FileCopyExample {
    public static void main(String[] args) {
        String sourceFile = "source.txt";
        String targetFile = "target.txt";

        try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(sourceFile));
             BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(targetFile))) {
            int data;
            while ((data = bis.read()) != -1) {
                bos.write(data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

文本文件的读写

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

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

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


import java.io.BufferedWriter;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;

public class TextFileWriteExample {
    public static void main(String[] args) {
        String fileName = "example.txt";
        String[] lines = {"Line 1", "Line 2", "Line 3"};

        try (BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter(fileName))) {
            for (String line : lines) {
                bw.write(line);
                bw.newLine(); // Write a new line character
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

数据类型的读写

import java.io.DataOutputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class DataTypeWriteExample {
    public static void main(String[] args) {
        String fileName = "data.bin";

        try (DataOutputStream dos = new DataOutputStream(new FileOutputStream(fileName))) {
            dos.writeInt(42);
            dos.writeDouble(3.14159);
            dos.writeBoolean(true);
            dos.writeUTF("Hello, World!");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}


import java.io.DataInputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class DataTypeReadExample {
    public static void main(String[] args) {
        String fileName = "data.bin";

        try (DataInputStream dis = new DataInputStream(new FileInputStream(fileName))) {
            int intValue = dis.readInt();
            double doubleValue = dis.readDouble();
            boolean booleanValue = dis.readBoolean();
            String utfValue = dis.readUTF();

            System.out.println("int: " + intValue);
            System.out.println("double: " + doubleValue);
            System.out.println("boolean: " + booleanValue);
            System.out.println("UTF: " + utfValue);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

对象序列化与反序列化

import java.io.Serializable;

public class Person implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

我们为类添加了一个名为 serialVersionUID 的字段。这是一个版本控制机制，用于在反序列化过程中检查序列化的类和反序列化的类是否兼容。在生产环境中，为每个可序列化的类分配唯一的 serialVersionUID 是一个好习惯。

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectOutputStream;

public class SerializeExample {
    public static void main(String[] args) {
        String fileName = "person.ser";
        Person person = new Person("John Doe", 30);

        try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(fileName))) {
            oos.writeObject(person);
            System.out.println("Person object serialized: " + person);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}


import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;

public class DeserializeExample {
    public static void main(String[] args) {
        String fileName = "person.ser";
        Person deserializedPerson = null;

        try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(fileName))) {
            deserializedPerson = (Person) ois.readObject();
            System.out.println("Person object deserialized: " + deserializedPerson);
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

管道通信

定义发送者线程类

创建一个名为 Sender 的线程类，将数据写入 PipedOutputStream：

import java.io.IOException;
import java.io.PipedOutputStream;

public class Sender extends Thread {
    private PipedOutputStream pos;

    public Sender(PipedOutputStream pos) {
        this.pos = pos;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                pos.write(("Message " + i + "\n").getBytes());
                Thread.sleep(500);
            }
            pos.close();
        } catch (IOException | InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

定义接收者线程类

创建一个名为 Receiver 的线程类，从 PipedInputStream 读取数据：

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PipedInputStream;

public class Receiver extends Thread {
    private PipedInputStream pis;

    public Receiver(PipedInputStream pis) {
        this.pis = pis;
    }

    @Override
    public void run() {
        try (BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(pis))) {
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println("Received: " + line);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

创建并运行 Sender 和 Receiver 线程

import java.io.IOException;

public class PipeCommunicationExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            PipedOutputStream pos = new PipedOutputStream();
            PipedInputStream pis = new PipedInputStream(pos);

            Sender sender = new Sender(pos);
            Receiver receiver = new Receiver(pis);

            sender.start();
            receiver.start();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

合并文件

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.SequenceInputStream;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Enumeration;
import java.util.List;

public class FileMergeExample {
    public static void main(String[] args) {
        String outputFile = "mergedFile.bin";
        List<String> inputFiles = new ArrayList<>();
        inputFiles.add("file1.bin");
        inputFiles.add("file2.bin");
        inputFiles.add("file3.bin");

        mergeFiles(inputFiles, outputFile);
    }

    public static void mergeFiles(List<String> inputFiles, String outputFile) {
        List<FileInputStream> fileInputStreams = new ArrayList<>();

        try {
            for (String inputFile : inputFiles) {
                fileInputStreams.add(new FileInputStream(inputFile));
            }

            // Create an Enumeration for the FileInputStreams
            Enumeration<FileInputStream> fileInputStreamEnumeration = Collections.enumeration(fileInputStreams);

            // Create a SequenceInputStream to concatenate the FileInputStreams
            SequenceInputStream sequenceInputStream = new SequenceInputStream(fileInputStreamEnumeration);

            // Create FileOutputStream for the output file
            FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(outputFile);

            // Read from the SequenceInputStream and write to the output file
            int data;
            while ((data = sequenceInputStream.read()) != -1) {
                fileOutputStream.write(data);
            }

            // Close all resources
            sequenceInputStream.close();
            fileOutputStream.close();
            for (FileInputStream fis : fileInputStreams) {
                fis.close();
            }

            System.out.println("Files merged successfully.");

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在这个示例中，我们首先创建了一个包含输入文件路径的列表。然后，我们使用 mergeFiles() 方法将这些文件合并为一个输出文件。

mergeFiles() 方法的关键部分如下：

  1. 为所有输入文件创建 FileInputStream 对象。
  2. 使用 Collections.enumeration() 创建一个 FileInputStream 对象的枚举。
  3. 使用 SequenceInputStream 类将输入文件的内容串联起来。这个类接受一个枚举作为参数，当从 SequenceInputStream 读取数据时，它会依次从每个输入流中读取数据。
  4. 使用 FileOutputStream 类创建一个输出文件。
  5. 从 SequenceInputStream 读取数据，并将其写入输出文件。
  6. 最后，关闭所有打开的资源。

Java I/O流异常处理

Java I/O 流异常处理是编写健壮、稳定的程序的关键。处理 I/O 流异常的重要性在于以下几点：

  1. 确保程序不会意外崩溃：I/O 操作可能因为多种原因导致异常，例如文件不存在、文件无法读取、磁盘空间不足等。如果没有正确处理这些异常，程序可能会在运行时崩溃，导致数据丢失或用户体验受损。

  2. 提供有用的错误信息：通过捕获和处理异常，我们可以向用户或开发者提供有关错误原因的详细信息。这有助于快速定位和解决问题，从而改善用户体验和提高开发效率。

  3. 确保资源得到正确释放：在进行 I/O 操作时，我们通常会打开文件、网络连接等资源。如果在操作过程中出现异常，没有正确处理这些异常可能导致资源无法释放，从而导致资源泄漏。处理异常可以确保在发生错误时，资源能够被正确关闭和释放。

不处理 I/O 流异常可能导致以下后果：

  1. 程序崩溃：如果异常没有被捕获和处理，程序可能会在运行时崩溃，导致用户体验受损。

  2. 数据丢失：如果在文件写入操作中出现异常，而没有进行正确的异常处理，可能导致数据写入不完整，从而导致数据丢失。

  3. 资源泄漏：如果没有正确处理异常，可能导致文件、网络连接等资源未能关闭和释放，从而导致资源泄漏。资源泄漏可能会影响程序性能，甚至导致系统崩溃。

  4. 错误信息不明确：如果异常没有被捕获，我们无法获得关于错误原因的详细信息，这将使问题难以定位和解决。

因此，正确处理 I/O 流异常对于编写健壮、稳定的程序至关重要。通过使用 try-catch 语句或 try-with-resources 语句捕获和处理异常，我们可以确保程序在发生错误时能够正常运行，提供有用的错误信息，并避免资源泄漏。

I/O流与装饰器模式

在 Java 中，装饰器模式（Decorator Pattern）是一种结构型设计模式，允许在不修改现有类的基础上动态地扩展对象的功能。在 Java I/O 流中，装饰器模式广泛应用于 FilterInputStream、FilterOutputStream、FilterReader 和 FilterWriter 这些类。这些类充当装饰器角色，可以包装其他流对象并为它们提供额外的功能，如缓冲、数据处理等。

继承关系


InputStream                   OutputStream
├── FileInputStream           ├── FileOutputStream
├── ByteArrayInputStream      ├── ByteArrayOutputStream
├── ObjectInputStream         ├── ObjectOutputStream
├── PipedInputStream          ├── PipedOutputStream
├── SequenceInputStream       │
├── BufferedInputStream       ├── BufferedOutputStream
└── FilterInputStream         └── FilterOutputStream
    ├── DataInputStream       │   ├── DataOutputStream
    └── PushbackInputStream   │   └── PrintStream

Reader                        Writer
├── InputStreamReader         ├── OutputStreamWriter
│   └── FileReader            │   └── FileWriter
├── BufferedReader            ├── BufferedWriter
├── StringReader              ├── StringWriter
├── CharArrayReader           ├── CharArrayWriter
├── PipedReader               ├── PipedWriter
└── FilterReader              └── FilterWriter
    └── PushbackReader        │   └── PrintWriter

总结

在 Java I/O 编程中，选择合适的流非常重要。以下是一些关于如何选择正确流的指南：

  1. 数据类型：首先确定要处理的数据类型。如果要处理的是字节数据（如图像、音频、视频等），则选择字节流（如 FileInputStream、FileOutputStream 等）。如果要处理的是字符数据（如文本文件），则选择字符流（如 FileReader、FileWriter 等）。

  2. 输入还是输出：确定是需要读取数据（输入）还是写入数据（输出）。对于输入操作，选择输入流（如 FileInputStream、FileReader 等），对于输出操作，选择输出流（如 FileOutputStream、FileWriter 等）。

  3. 缓冲还是非缓冲：考虑是否需要缓冲来提高 I/O 性能。对于大量连续的 I/O 操作，使用缓冲流（如 BufferedInputStream、BufferedOutputStream、BufferedReader、BufferedWriter 等）通常会提高性能。缓冲流在内部使用缓冲区，可以减少实际的磁盘或网络访问次数，从而提高效率。

  4. 数据处理需求：根据需要处理的数据类型，选择合适的流。例如，如果需要处理基本数据类型（如整数、浮点数等），可以使用 DataInputStream 和 DataOutputStream。如果需要处理对象序列化，可以使用 ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream。

  5. 特定场景：针对特定场景选择合适的流。例如，在处理多个文件合并时，可以使用 SequenceInputStream；在处理线程间通信时，可以使用管道流，如 PipedInputStream 和 PipedOutputStream，或 PipedReader 和 PipedWriter。

以下是一些常见场景及建议使用的流：

  • 处理文本文件：使用 FileReader、FileWriter、BufferedReader 和 BufferedWriter
  • 处理二进制文件：使用 FileInputStream、FileOutputStream、BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream
  • 读取或写入基本数据类型：使用 DataInputStream 和 DataOutputStream
  • 对象序列化和反序列化：使用 ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream
  • 合并多个文件：使用 SequenceInputStream
  • 线程间通信：使用 PipedInputStream 和 PipedOutputStream，或 PipedReader 和 PipedWriter

版权声明：本文为博主作者：伍六柒·原创文章，版权归属原作者，如果侵权，请联系我们删除！

原文链接：https://blog.csdn.net/qq_28791753/article/details/129656772

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