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【JAVA基础之IO】字节流、字符流以及乱码问题
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1. IO概述
1.1 什么是IO
生活中，你肯定经历过这样的场景。当你编辑一个文本文件，忘记了
ctrl+s，可能文件就白白编辑了。当你电脑上插入一个U盘，可以把一个视频，拷贝到你的电脑硬盘里。那么数据都是在哪些设备上的呢？键盘、内存、硬盘、外接设备等等。我们把这种数据的传输，可以看做是一种数据的流动，按照流动的方向，以内存为基准，分为
输入input和输出output，即流向内存是输入流，流出内存的输出流。1.2 IO的分类
根据数据的流向分为：输入流和输出流。
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输入流 ：把数据从
其他设备上读取到内存中的流。 -
输出流 ：把数据从
内存中写出到其他设备上的流。
根据数据的类型分为：字节流和字符流。
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字节流 ：以字节为单位，读写数据的流。
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字符流 ：以字符为单位，读写数据的流。
1.3 字节和字符流的顶级父类
2. 字节流
2.1 一切皆为字节
一切文件数据(文本、图片、视频等)在存储时，都是以二进制数字的形式保存，都一个一个的字节，那么传输时一样如此。所以，字节流可以传输任意文件数据。在操作流的时候，我们要时刻明确，无论使用什么样的流对象，底层传输的始终为二进制数据。
2.2 字节输出流【OutputStream】
java.io.OutputStream抽象类是表示字节输出流的所有类的超类，将指定的字节信息写出到目的地。-
public void close()：关闭此输出流并释放与此流相关联的任何系统资源。 -
public void flush()：刷新此输出流并强制任何缓冲的输出字节被写出。 -
public void write(byte[] b)：将 b.length字节从指定的字节数组写入此输出流。 -
public void write(byte[] b, int off, int len)：从指定的字节数组写入 len字节，从偏移量 off开始输出到此输出流。 -
public abstract void write(int b)：将指定的字节输出流。
需要注意的是完成流的操作时，需要close()方法释放资源
流的关闭原则：先开后关，后开先关。
2.3 FileOutputStream类
2.3.1 构造方法
-
public FileOutputStream(File file)：创建文件输出流以写入由指定的 File对象表示的文件。 -
public FileOutputStream(String name)： 创建文件输出流以指定的名称写入文件。
当你创建一个流对象时，必须传入一个文件路径。该路径下，如果没有这个文件，会创建该文件。如果有这个文件，会清空这个文件的数据。
2.3.2 数据追加续写
经过以上的演示，每次程序运行，创建输出流对象，都会清空目标文件中的数据。如何保留目标文件中数据，还能继续添加新数据呢？
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public FileOutputStream(File file, boolean append)： 创建文件输出流以写入由指定的 File对象表示的文件。 -
public FileOutputStream(String name, boolean append)： 创建文件输出流以指定的名称写入文件。
这两个构造方法，参数中都需要传入一个boolean类型的值，
true表示追加数据，false为默认值，表示清空原有数据。这样创建的输出流对象，就可以指定是否追加续写了，代码使用演示：2.4 字节输入流【InputStream】
java.io.InputStream抽象类是表示字节输入流的所有类的超类，可以读取字节信息到内存中。-
public void close()：关闭此输入流并释放与此流相关联的任何系统资源。 -
public abstract int read()： 从输入流读取数据的下一个字节。 -
public int read(byte[] b)： 从输入流中读取一些字节数，并将它们存储到字节数组 b中 。
需要注意的是完成流的操作时，需要close()方法释放资源，
流的关闭原则：先开后关，后开先关。2.5 FileInputStream类
2.5.1 构造方法
-
FileInputStream(File file)： 通过打开与实际文件的连接来创建一个 FileInputStream ，该文件由文件系统中的 File对象 file命名。 -
FileInputStream(String name)： 通过打开与实际文件的连接来创建一个 FileInputStream ，该文件由文件系统中的路径名 name命名。
当你创建一个流对象时，必须传入一个文件路径。该路径下，如果没有该文件,会抛出
FileNotFoundException。2.6 字节流练习：图片复制
代码演示
- public class InputStream {
- public static void main(String[] args) throws IOException {
- String srcFile = "D:\\img\\R.jpg";
- String descFile = "R.jpg";
- byte[] bytes = new byte[1024];
- int len = 0;
- FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(srcFile);
- FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(descFile);
- //循环读取
- while ((len = fileInputStream.read(bytes)) != -1){
- //边读边写
- fileOutputStream.write(bytes,0,len);
- }
- //流的关闭原则：先开后关，后开先关。
- fileInputStream.close();
- fileOutputStream.close();
- }
- }
3. 字符流
3.1 字符输入流【Reader】
java.io.Reader抽象类是表示用于读取字符流的所有类的超类，可以读取字符信息到内存中。-
public void close()：关闭此流并释放与此流相关联的任何系统资源。 -
public int read()： 从输入流读取一个字符。 -
public int 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 。
3.2 FileReader类
java.io.FileReader类是读取字符文件的便利类。构造时使用系统默认的字符编码和默认字节缓冲区。3.2.1 构造方法
-
FileReader(File file)： 创建一个新的 FileReader ，给定要读取的File对象。 -
FileReader(String fileName)： 创建一个新的 FileReader ，给定要读取的文件的名称。
当你创建一个流对象时，必须传入一个文件路径。类似于FileInputStream 。
3.3 字符输出流【Writer】
java.io.Writer抽象类是表示用于写出字符流的所有类的超类，将指定的字符信息写出到目的地。-
void write(int c)写入单个字符。 -
void write(char[] cbuf)写入字符数组。 -
abstract void write(char[] cbuf, int off, int len)写入字符数组的某一部分,off数组的开始索引,len写的字符个数。 -
void write(String str)写入字符串。 -
void write(String str, int off, int len)写入字符串的某一部分,off字符串的开始索引,len写的字符个数。 -
void flush()刷新该流的缓冲。 -
void close()关闭此流，但要先刷新它。
3.4 FileWriter类
3.4.1 构造方法
-
FileWriter(File file)： 创建一个新的 FileWriter，给定要读取的File对象。 -
FileWriter(String fileName)： 创建一个新的 FileWriter，给定要读取的文件的名称。
当你创建一个流对象时，必须传入一个文件路径，类似于FileOutputStream。
3.4.2 写出基本数据
write(int b)方法，每次可以写出一个字符数据，代码使用演示：- class testClass{
- @Test
- public void test01() throws IOException {
- FileWriter fileWriter = new FileWriter("lhx.txt");
- fileWriter.write(98);
- fileWriter.write('b');
- /*
- 【注意】关闭资源时,与FileOutputStream不同。
- 如果不关闭,数据只是保存到缓冲区，并未保存到文件。
- */
- fileWriter.close();
- }
- }
注意：与fileOutputStream 不同，fileWriter 如果未调用close方法，数据只是保存到了缓冲区，并未写出到文件中。
3.4.3 关闭和刷新
因为内置缓冲区的原因，如果不关闭输出流，无法写出字符到文件中。但是关闭的流对象，是无法继续写出数据的。如果我们既想写出数据，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。
代码演示：
- class testClass{
- @Test
- public void test02() throws IOException {
- FileWriter fileWriter = new FileWriter("lhx.txt");
- fileWriter.write("你好");
- //刷新缓存,下面可以继续写入数据
- fileWriter.flush();
- fileWriter.write("帅");
- //刷新缓存并关闭资源
- fileWriter.close();
- }
- }
- 输出结果：
- 你好帅
4. IO异常的处理
之前的入门练习，我们一直把异常抛出，而实际开发中并不能这样处理，建议使用
try...catch...finally代码块，处理异常部分，因为有可能close()上面的代码出异常，然后导致程序结束，导致close()方法并没有被执行- public class HandleException {
- public static void main(String[] args) {
- // 声明变量(要初始化)
- FileWriter fw = null;
- try {
- //创建流对象
- fw = new FileWriter("lhx.txt");
- // 写出数据
- fw.write("你好");
- } catch (IOException e) {
- e.printStackTrace();
- } finally {
- try {
- //做非null判断是因为有可能文件不存在,流对象没有被创建
- if (fw != null) {
- fw.close();
- }
- } catch (IOException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- }
- }
- }
如果流对象比较多的时候，关闭流的代码量还是会比较多，因此下面有解决方案：
5.缓冲流
5.1 原理
具体分为两个过程：
缓存过程：当使用缓冲流进行读写操作时，数据首先被读入或写入缓存区，这是一个字节数组，其大小由缓冲流的构造函数参数指定。在读取数据时，缓冲流会将磁盘上的数据分块读取到缓存区中，然后逐个字节地读取缓存区中的数据。当缓存区中的数据被读取完毕后，缓冲流会再次读取磁盘上的数据到缓存区中，直到读取到所需的数据。在写入数据时，缓冲流会将数据写入缓存区中，然后再将缓存区中的数据一次性地写入磁盘。当缓存区被写满时，缓冲流也会将缓存区中的数据一次性地写入磁盘。
刷新过程：缓冲流会在缓存区被写满时自动将缓存区中的数据写入磁盘。此外，缓冲流还提供了手动刷新缓存区的方法flush()，调用该方法会强制缓冲流将缓存区中的数据写入磁盘。在正常情况下，缓冲流会在关闭时自动刷新缓存区，将缓存区中的数据写入磁盘。
总的来说，缓冲流通过在内存中建立一个缓冲区来减少与磁盘或网络的IO次数，从而提高读写的效率。因为磁盘或网络IO操作是相对较慢的，而内存中的读写操作是相对较快的，所以通过缓冲区可以减少对磁盘或网络的IO操作，从而提高读写的速度。
5.2 字节和字符缓冲流
缓冲流,也叫高效流，是对4个基本的
FileXxx流的增强，所以也是4个流，按照数据类型分类：-
字节缓冲流：
BufferedInputStream，BufferedOutputStream -
字符缓冲流：
BufferedReader，BufferedWriter
5.3 字节缓冲流
5.3.1 构造方法
-
public BufferedInputStream(InputStream in)：创建一个 新的缓冲输入流。 -
public BufferedOutputStream(OutputStream out)： 创建一个新的缓冲输出流。
5.3.2 效率测试
①.基本流，代码如下：
- public class BufferStream {
- public static void main(String[] args) {
- FileInputStream fileInputStream = null;
- FileOutputStream fileOutputStream = null;
- try {
- long begin = System.currentTimeMillis();
- String filePath = "D:\\java_project_source\\mysql\\资料-MySQL数据库\\进阶篇\\相关SQL脚本\\load_user_100w_sort.sql";
- String descFile = "d:\\lhx.sql";
- int len = 0;
- byte[] bytes = new byte[1024];
- fileInputStream = new FileInputStream(filePath);
- fileOutputStream = new FileOutputStream(descFile);
- while((len = fileInputStream.read(bytes)) != -1){
- fileOutputStream.write(bytes,0,len);
- }
- long end = System.currentTimeMillis();
- System.out.println("花费的时间(ms)：" + (end - begin));
- } catch (IOException e) {
- e.printStackTrace();
- } finally {
- try {
- if(fileInputStream != null){
- fileInputStream.close();
- }
- } catch (IOException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- try {
- if(fileOutputStream != null){
- fileOutputStream.close();
- }
- } catch (IOException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- }
- }
- }
- 输出结果：
- 花费的时间(ms)：650
②.缓冲流，代码如下：
- public class BufferStream02 {
- public static void main(String[] args) throws IOException {
- BufferedInputStream bis = null;
- BufferedOutputStream bos = null;
- try {
- long begin = System.currentTimeMillis();
- String filePath = "D:\\java_project_source\\mysql\\资料-MySQL数据库\\进阶篇\\相关SQL脚本\\load_user_100w_sort.sql";
- String descFile = "d:\\lhx.sql";
- int len = 0;
- byte[] bytes = new byte[1024];
- bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(filePath));
- bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(descFile));
- while((len = bis.read(bytes)) != -1){
- bos.write(bytes,0,len);
- }
- long end = System.currentTimeMillis();
- System.out.println("花费的时间(ms)：" + (end - begin));
- } catch (IOException e) {
- throw new RuntimeException(e);
- } finally {
- try {
- if(bis != null){
- bis.close();
- }
- } catch (IOException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- try {
- if(bos != null){
- bos.close();
- }
- } catch (IOException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- }
- }
- }
- 输出结果：
- 花费的时间(ms)：142
5.4 字符缓冲流
5.4.1 构造方法
-
public BufferedReader(Reader in)：创建一个 新的缓冲输入流。 -
public BufferedWriter(Writer out)： 创建一个新的缓冲输出流。
5.4.2 特有方法
-
BufferedReader：
public String readLine(): 读一行文字。 -
BufferedWriter：
public void newLine(): 写一行行分隔符,由系统属性定义符号。
readLine方法演示，代码如下：- public class BufferStreamDemo {
- public static void main(String[] args) {
- BufferedReader bis = null;
- try {
- byte[] bytes = new byte[1024];
- String line = null;
- int len = 0;
- bis = new BufferedReader(new FileReader("lhx.txt"));
- while ((line = bis.readLine()) != null){
- System.out.println((++len) + " " + line);
- }
- } catch (IOException e) {
- throw new RuntimeException(e);
- } finally {
- try {
- if(bis != null){
- bis.close();
- }
- } catch (IOException e) {
- throw new RuntimeException(e);
- }
- }
- }
- }
- 输出结果：
- 1 package inputstream;
- 2
- 3 import org.junit.jupiter.api.Test;
newLine方法演示，代码如下：- public class BufferStreamDemo2 {
- public static void main(String[] args) {
- BufferedWriter br = null;
- try {
- br = new BufferedWriter(new FileWriter("lhx2.txt"));
- br.write("哥哥好帅");
- br.newLine();
- br.write("消失的他");
- } catch (IOException e) {
- throw new RuntimeException(e);
- } finally {
- try {
- if(br != null){
- br.close();
- }
- } catch (IOException e) {
- throw new RuntimeException(e);
- }
- }
- }
- }
- 输出结果：
- 在lhx2.txt看到内容：
- 哥哥好帅
- 消失的他
6. 转换流
6.1 字符编码和字符集
6.1.1 字符编码
计算机中储存的信息都是用二进制数表示的，而我们在屏幕上看到的数字、英文、标点符号、汉字等字符是二进制数转换之后的结果。按照某种规则，将字符存储到计算机中，称为编码 。反之，将存储在计算机中的二进制数按照某种规则解析显示出来，称为解码 。比如说，按照A规则存储，同样按照A规则解析，那么就能显示正确的文本符号。反之，按照A规则存储，再按照B规则解析，就会导致乱码现象。
编码:字符(能看懂的)--字节(看不懂的)
解码:字节(看不懂的)-->字符(能看懂的)
- 字符编码
Character Encoding: 就是一套自然语言的字符与二进制数之间的对应规则。
6.1.2 字符集
-
字符集
Charset：也叫编码表。是一个系统支持的所有字符的集合，包括各国家文字、标点符号、图形符号、数字等。
计算机要准确的存储和识别各种字符集符号，需要进行字符编码，一套字符集必然至少有一套字符编码。常见字符集有ASCII字符集、GBK字符集、Unicode字符集等。
-
ASCII（美国标准信息交换码）：
- ASCII是一个7位字符集，定义了128个字符，包括控制字符（如换行符、回车符、制表符等）和可打印字符（如字母、数字、标点符号等）。
- 每个ASCII字符占用1个字节（8位），即8个比特。
-
Unicode：
- Unicode是一个字符集，旨在涵盖世界上所有的字符，无论是现代文本还是古代文本，无论是哪种语言或符号系统。
- Unicode字符的编码范围从U+0000到U+10FFFF。
- Unicode字符编码采用不同的编码方案来表示，其中最常见的是UTF-8、UTF-16和UTF-32。
-
UTF-8（Unicode转换格式-8位）：
- UTF-8是一种变长字符编码，可以用来表示Unicode字符集中的所有字符。
- UTF-8使用1到4个字节来表示一个字符，具体取决于字符的Unicode码点范围。
- ASCII字符（U+0000到U+007F）在UTF-8中仍然占用1个字节，与标准ASCII编码兼容。
- 英文占用一个字节，中文占用三个字节
- GBK：最常用的中文码表。是在GB2312标准基础上的扩展规范，使用了双字节编码方案，共收录了21003个汉字，完全兼容GB2312标准，同时支持繁体汉字以及日韩汉字等。GBK英文占用一个字节，中文占有两个字节
6.2 乱码问题
在IDEA中，使用
FileReader读取项目中的文本文件。由于IDEA的设置，都是默认的UTF-8编码，所以没有任何问题。但是，当读取Windows系统中创建的文本文件时，由于Windows系统的默认是GBK编码，就会出现乱码。代码演示：
- public class ReaderDemo {
- public static void main(String[] args) throws IOException {
- FileReader fileReader = new FileReader("D:\\File_GBK.txt");
- int read;
- while ((read = fileReader.read()) != -1) {
- System.out.print((char)read);
- }
- fileReader.close();
- }
- }
- 输出结果：
- ���
为什么会出现乱码？
- 读取数据是未读完整个汉字
- 编码和解码的方式不统一
如何不产生乱码呢？
- 不要用字节流读取文本文件
- 编码解码时同时使用同一个码表，同一个编码方式
6.3 InputStreamReader类
转换流
java.io.InputStreamReader，是Reader的子类，是从字节流到字符流的桥梁。它读取字节，并使用指定的字符集将其解码为字符。它的字符集可以由名称指定，也可以接受平台的默认字符集。6.3.1 构造方法
InputStreamReader(InputStream in, String charsetName): 创建一个指定字符集的字符流。6.3.2 指定编码读取
- public class ReaderDemo2 {
- public static void main(String[] args) throws IOException {
- // 定义文件路径,文件为gbk编码
- String FileName = "D:\\file_gbk.txt";
- // 创建流对象,默认UTF8编码
- InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream(FileName));
- // 创建流对象,指定GBK编码
- InputStreamReader isr2 = new InputStreamReader(new FileInputStream(FileName) , "GBK");
- // 定义变量,保存字符
- int read;
- // 使用默认编码字符流读取,乱码
- while ((read = isr.read()) != -1) {
- System.out.print((char)read); // ��Һ�
- }
- isr.close();
- // 使用指定编码字符流读取,正常解析
- while ((read = isr2.read()) != -1) {
- System.out.print((char)read);// 大家好
- }
- isr2.close();
- }
- }
6.4 OutputStreamWriter类
转换流
java.io.OutputStreamWriter，是Writer的子类，是从字符流到字节流的桥梁。使用指定的字符集将字符编码为字节。它的字符集可以由名称指定，也可以接受平台的默认字符集。6.4.1 构造方法
OutputStreamWriter(OutputStream in, String charsetName): 创建一个指定字符集的字符流。6.4.2 指定编码写出
- public class OutputDemo {
- public static void main(String[] args) throws IOException {
- // 定义文件路径
- String FileName = "D:\\out.txt";
- // 创建流对象,默认UTF8编码
- OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(FileName));
- // 写出数据
- osw.write("你好"); // 保存为6个字节
- osw.close();
- // 定义文件路径
- String FileName2 = "D:\\out2.txt";
- // 创建流对象,指定GBK编码
- OutputStreamWriter osw2 = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(FileName2),"GBK");
- // 写出数据
- osw2.write("你好");// 保存为4个字节
- osw2.close();
- }
- }
6.4.3 转换流理解图解
7. 序列化
未完待续
8.打印流
未完待续
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