一万字讲解Java中的IO流——包含底层原理

目录

IO流简介

基本流

分类

字节流

InputStream（字节输入流）（抽象类）

OutputStream（字节输出流）（抽象类）

文件拷贝

try...catch异常处理

字符流

字符集

乱码问题

Reader（字符输入流）（抽象类）

Writer（字符输出流）（抽象类）

字符流底层原理

高级流

缓冲流

字节缓冲流

字符缓冲流

转换流

序列化流（ObjectOutputStream）

反序列化流（ObjectInputStream）

序列化流以及反序列化流的注意点

打印流

字节打印流（printStream）

字符打印流（printWriter）

解压缩流

压缩流

Commons-io工具包

Hutool工具包

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IO流简介

存储和读取数据的解决方案。

作用：用于读写数据，本地文件和网络中都可以。

基本流

分类

按流的方向，分为输入流（把本地文件中的数据读取到程序中）和输出流（把程序中的数据写出到文件中）

按操作文件类型，分为字节流（可以操作所有类型文件）和字符流（纯文本文件）。

注意：excel文件和后缀位.docx的文件都不是纯文本文件；后缀为.md和.txt等是纯文本文件。

字节流

InputStream（字节输入流）（抽象类）

FileInputStream

操作本地文件的字节输入流，可以把本地文件中的数据读取到程序中

步骤：

1、创建字节输入流对象。一旦创建程序和本地文件之间会产生一个数据通道。

2、读取数据。

循环读取：

public int read()：一次读一个字节数据。

public int read(byte[] buffer)：一次读一个字节数组数据。（每次读取会尽可能把数组装满，数组大小一般设置为1024的整数倍）

代码改进：

3、释放资源。释放数据通道

OutputStream（字节输出流）（抽象类）

FileOutputStream

操作本地文件的字节输出流，可以把程序中的数据写到本地文件中

如下代码，就会在桌面上创建一个java.txt文本，并且写入'a'字符

步骤：

1、创建字节输出流对象

2、写数据

void write(int b)：一次写一个字节的数据

void write(byte[] b)：一次写一个字节数组的数据

void write(byte[] b,int off,int len)：一次写一个字节数组的部分数据（参数二：起始索引，参数三：个数）

换行写

再写出一个换行符就行了

windows：\r\n       Linux：\n       Mac：\r

注意：window操作系统中，java对其做了优化，只写\r或者只写\n都是可以的。

执行完毕，文件变成： 

续写

FileOutputStream fos = new FileOutputStream("C:\\Users\\zjy20\\Desktop\\java.txt", true);

第二个参数是续写开关，默认为false，只用手动设置为true就不会清空文件了，就会接着文件的内容写。

3、释放资源

文件拷贝

小文件：

 大文件：

try...catch异常处理

finally里面的代码一定被执行，除非虚拟机停止

注意：异常在实际开发中一般都是抛出处理的，因为Spring框架的底层会把我们抛出的异常统一处理。

用try...catch...finally完整格式：（了解）（手动释放资源）

JDK9自动释放资源格式：（了解）

创建流对象1;创建流对象2;

try(流1;流2){可能出现异常的代码;}catch(异常类名 变量名){...}

资源用完自动释放

注意：流1、流2的类需要实现了AutoCloseable接口的类，才能在try括号里写。

以上的文件中读取的全是英文，因为字节流读取中文会出现乱码。

字符流

字符集

1、GB2312字符集：1980年发布，1981年5月1日实施的简体中文汉字编码国家标准。
收录7445个图形字符，其中包括6763个简体汉字
2、BIG5字符集：台湾地区繁体中文标准字符集，共收录13053个中文字，1984年实施。
3、GBK字符集：2000年3月17日发布，收录21003个汉字。包含国家标准GB13000-1中的全部中日韩汉字，和BIG5编码中的所有汉字。（windows系统默认使用的就是GBK。系统显示：ANSI）

要存储英文a：查询GBK对应的数字是97，转成二进制，GBK编码规则是不足八位前面补0（完全兼容ASCLL）

要存储中文”汉“：查询GBK对应的数字是47802，转成二进制，汉字由两个字节存储，高位字节二进制一定以1开头，编码规则是什么都不变，转成十进制后是一个负数。

这样规定为了区分中文和英文：

GBK中，一个英文字母一个字节，二进制第一位是0；

一个中文汉字两个字节，二进制第一位是1。

4、Unicode字符集：国际标准字符集，它将世界各种语言的每个字符定义一个唯一的编码，以满足跨语言、跨平台的文本信息转换。

UTF-8编码规则是用1~4个字节保存。（这里主要知道ASCLL表是1个字节，简体中文3个字节）

一个字节：直接在前面补0.

三个字节：第一个字节前补1110，第二个字节前补10，第三个字节前也补10

要存储英文a：查询UTF-8对应的数字是97，转成二进制，UTF-8编码：前面补0，后面按照97的二进制进行填补就可以了（完全兼容ASCLL）

要存储中文”汉“：查询UTF-8对应的数字是27721，转成二进制，按照UTF-8编码三个字节的规则，剩下的空位根据”汉“的二进制进行填补就可以了。

乱码问题

原因：

1、读取数据时未读完整个汉字。

字节流：一次只读一个字节，而汉字占三个字节，所以出现了乱码。

2、编码和解码时的方式不一样。

如果用UTF-8编码（汉字占三个字节），用GBK解码（汉字占两个字节），也会出现乱码。

解决方法：

1、不使用字节流读取文本文件。

2、编码解码时使用同一个码表，同一个编码方式。

编码：把我们要存储的数据变成能真正的能存储在硬盘的字节数据。
public byte[] getBytes()：使用默认方式进行编码
public bytel] getBytes(String charsetName)：使用指定方式进行编码

默认UTF-8编码，如果想用GBK，那么getByte("GBK");就可以了

解码：把字节数据变成我们想要查看的内容。

new String(byte[) bytes)：使用默认方式进行解码
new String(byte[] bytes, String charsetName)：使用指定方式进行解码

Reader（字符输入流）（抽象类）

输入流：一次读一个字节，遇到中文时，一次都多个字节。

FileReader

操作本地文件的字符输入流

步骤：

1、创建字符输入流对象

如果文件不存在，报错。
public FileReader(File file)：创建字符输入流关联本地文件
public FileReader(String pathname)：创建字符输入流关联本地文件

2、读取数据

public int read()：读取数据，读到末尾返回-1（按字节进行读取，遇到中文，一次读多个字节，读取后解码，返回一个整数）
public int read(char[] buffer)：读取多个数据，读到未尾返回-1

3、释放资源

Writer（字符输出流）（抽象类）

输出流：底层会把数据按照指定的编码方式进行编码，变成字节再写到文件中。

FileWriter

操作本地文件的字符输出流

步骤：

1、创建字符输出流对象

如果文件不存在会创建一个新的文件，但是要保证父级路径一定存在。

如果文件已经存在，咋会清空文件，如果不想清空，则打开续写开关。

public FileWriter(File file)：创建字符输出流关联本地文件
public FileWriter(String pathname)：创建字符输出流关联本地文件
public FileWriter(File file, boolean append)：创建字符输出流关联本地文件，续写
public Filewriter(String pathname, boolean append)：创建字符输出流关联本地文件，续写

2、写数据

void write(int c)：写出一个字符
void write(String str)：写出一个字符串
void write(String str, int off, int len)：写出一个字符串的一部分
void write(char[] cbuf)：写出一个字符数组
void write(charl] cbuf, int off, int len)：写出字符数组的一部分

3、释放资源

字符流底层原理

创建字符输入流对象

底层：关联文件，并创建缓冲区（长度为8192的字节数组）

读取数据

底层：

1.判断缓冲区中是否有数据可以读取

2.缓冲区没有数据：就从文件中获取数据，装到缓冲区中，每次尽可能装满缓冲区如果文件中也没有数据了，返回-1

3.缓冲区有数据：就从缓冲区中读取。

空参的read方法：一次读取一个字节，遇到中文一次读多个字节，把字节解码并转成十进制返回
有参的read方法：把读取字节，解码，强转三步合并了，强转之后的字符放到数组中。

创建字符输出流对象与写数据

也会有一个缓冲区，fr.write()是把数据写到缓冲区。

当缓冲区装满了，自动到本地文件。

使用flush方法刷新，也会保存到本地文件，但是数据通道不会关闭

使用close方法，会保存到本地文件，数据通道也会关闭。

使用场景：

字节流：拷贝任意类型的文件。

字符流：读取纯文本中的数据；往纯文本文件中写出数据。

字节流没有缓冲区，字符流有缓冲区。

高级流

对基本流进行了封装，额外又添加了一些功能。

缓冲流

字节缓冲流

底层自带了长度为8192的缓冲区提高性能。

字节缓冲输入流（BufferedInputStream）

字节缓冲输出流（BufferedOutputStream）

public BufferedInputStream(InputStream is)：把基本流包装成高级流，提高读取数据的性能
public BufferedOutputstream(OutputStream os)：把基本流包装成高级流，提高写出数据的性能

也可以用byte数组一次读取多个字节（和上面基本流的方法一样）

底层原理

在输入流时，会有一个缓冲区；底层原理在输出流时，也会有一个缓冲区；但是这两缓冲区不是共用一个缓冲区，而是两个不同的缓冲区。（两个缓冲区的大小都是8192个字节）

用以上代码来解释，内存中会有输入流的缓冲区，输出流的缓冲区以及自己定义的变量ch这三个空间，read方法读数据时，会把输入流的缓冲区的数据，读到ch这个小空间，再经过write方法把ch中的数据写入输出流的缓冲区中。

字符缓冲流

底层自带了长度为8192的缓冲区提高性能。

字符缓冲输入流（BufferedReader）

特有方法
public String readLine（）：速取一行数据，如果没有数据可读了，会返回null（一次读一整行，遇到回车换行结束，但是不会把回车读到内存当中）

字符缓冲输出流（BufferedWriter）

特有方法
public void newLine()：跨平台的换行（前面说了Mac、Window、Linux的换行符号都不同，用这个方法，可以解决这个问题）

public BufferedReader (Reader r)：把基本流变成高级流
public BufferedWriter(Writer r)：把基本流变成高级流

转换流

属于字符流

是字符流和字节流之间的桥梁。

将字节流转换成字符流存入内存中，再把字符流转成字节流写出到本地文件中。

转换输入流（InputStreamReader）

用指定编码方式读取数据的两种方法：

第一种（已经淘汰，了解）：InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream("路径"),"指定的编码方式（GBK等）")

第二种（掌握）：FileReader fr = new FileReader("路径",Charset.forName("指定的编码方式（GBK等）"))

转换输出流（OutputStreamWriter）

用指定编码方式写出数据的两种方法：

第一种（已经淘汰，了解）：OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("路径"),"指定的编码方式（GBK等）")

第二种（掌握）：FileWriter fw = new FileWriter("路径",Charset.forName("指定的编码方式（GBK等）"))

序列化流（ObjectOutputStream）

属于字节流的一种，负责输出数据。

可以把Java中的对象写到本地文件中，但是我们看不懂，但是我们只需要把数据传到本地文件中就可以，因为反序列化流可以把看不懂的数据转成我们能看懂的样子。

应用场景：当我们要保存的数据，不想让别人看懂，也不想让别人改的时候，就可以用序列化流

public ObjectOutputStream(OutputStream out)：把基本流包装成高级流。

public final void writeObject(Object obj)：把对象序列化到文件中去。（一次只能写一个对象）

使用对象输出流将对象保存到文件时会出现NotSerializableException异常（解决方法：要让Javabean类实现Serializable接口）

Serializable接口里面没有抽象方法，称作标记型接口。一旦实现了这个接口，那么就表示当前的Student类可以被序列化。

反序列化流（ObjectInputStream）

属于字节流的一种，负责输入数据，与序列化流对应。

可以把序列化到本地文件中的对象，读取到程序中来。

public ObjectInputStream(InputStream out)：把基本流变成高级流。

public object readObject()：把序列化到本地文件中的对象，读取到程序中来。（一次只能读一个对象，并且如果文件中对象读到没有但是还在使用这个方法时会报错）

序列化流以及反序列化流的注意点

注意一：

一开始Student类有两个私有变量name和age，序列化之后，再反序列化，依旧成功（不会报错）。

但是如果现在在Student类中再加入一个私有变量score，直接继续反序列化，就会报错。

因为Student类实现了Serializable接口，表示可被序列化，则java底层会根据它的静态方法、成员方法、成员变量以及构造方法等的所有内容进行计算，计算出一个long类型的序列号（也可以理解为版本号），当在创建Student对象时，其实对象里面也包含了这个序列号，用序列化流写到本地文件中时，也包含这个序列号。

所以报错的原因是文件中的序列号和Javabean中的序列号不一致所导致的。

解决方式：

方法一：直接给这个类设置一个固定的版本号。

 方法二：

第一步：在设置里面搜索Serializable勾选transient字段在反序列化时未被初始化以及JVM下的不带SerializableUID下的可序列化类。

第二步：鼠标放在Student上Alt+回车系统自动帮我们写

 设置序列号之后无论怎么改Student中的内容，序列化与反序列化都不会报错。

注意二：

transient（瞬态关键字）

表示不会把当前属性序列化到本地文件中。

代码示例： 

 一次读一个Student对象：

一次读多个Student对象，一次读一个ArrayList<E>对象：

 

打印流

特点：

不能读，只能写。

有特有的写出方法，可以实现数据的原样写出。

特有的写出方法，可以实现自动刷新和自动换行。（打印一次数据=写出+换行+刷新）

字节打印流（printStream）

构造方法：

public PrintStream(OutputStream/File/String)：关联字节输出流/文件/文件路径
public PrintStream(String fileName, Charset charset)：指定字符编码
public PrintStream(OutputStream out, boolean autoFfush)：自动刷新
public PrintStream（Outputstream out, boolean autoFlush, String encoding）：指定字符编码且自动刷新

字节流底层没有缓冲区，开不开自动刷新都一样

成员方法：

public void write (...)：常规方法：规则跟之前一样，写出指定的字节或字符串
public void println（...）：特有方法：打印任意数据，自动刷新，自动换行
public void print （...）：特有方法：打印任意数据，不换行
public void printf(String format, Object... args)：特有方法：带有占位符的打印语句，不换行

占位符：

%s：字符串（双引号）；%b：布尔类型；%n：换行； %c：字符（用单引号括起来）；%d：整数等等

文本中的数据：

字符打印流（printWriter）

字符流底层有缓冲区，想要自动刷新需要开启。

public PrintWriter(Write/OutputStream/File/String)：关联字节输出流/文件/文件路径
public PrintWriter(String fileName, Charset charset)：指定字符编码
public PrintWriter(Write w, boolean autoFlush)：自动刷新(如果没有写close方法，直接运行也能把写在写入的成员方法里的内容，写出到本地文件中；如果没有打开自动刷新，那么只有调用close方法之后才会刷新本地文件。)
public Printwriter（OutputStream out, boolean autoFlush, Charset charset）：指定字符编码且自动刷新

成员方法：

public void write (...)：常规方法：规则跟之前一样，写出指定的字节或字符串
public void println（Xxx xx）：特有方法：打印任意数据，自动刷新，自动换行
public void print （Xxx xx）：特有方法：打印任意数据，不换行
public void printf(String format, Object... args)：特有方法：带有占位符的打印语句，不换行

解压缩流

解压缩流是读取压缩包中的文件，所以属于输入流。

压缩包中的每一个文件，在java中都是一个ZipEntry对象。

解压本质：把每一个ZipEntry按照层级拷贝到本地另一个文件夹中

public ZipInputStream(InputStream)：关联字节输入流

ZipInputStream是一个特殊的输入流，能够逐层解压ZIP文件内容

解释一下getNextEntry方法：把计算机代码这个解压文件中的所有文件以及文件夹都获取出来，如果没有了返回null。

示例：

解释一下zis.read(buffer)，每次调用getNextEntry方法后，ZipInputStream的内部状态就会切换到调用getNextEntry方法获得的路径，read读取的就是当前的这个条目，并且读取的数据是自动解压后的原始文件（因为ZipInputStream.read()在内部会处理解压过程，返回的是解压后的数据；和FileInputStream.read()不一样，这个直接读取原始字节）。

简单理解：
可以把 ZIP 文件想象成一个包含多个文件的容器。
getNextEntry()相当于打开容器取出一个文件
然后read()就是读取这个被取出的文件的内容
读取完一个文件后，再调用getNextEntry()取出下一个文件

这个代码执行完毕，就会把计算机代码.zip解压到unzip文件中。

压缩流

压缩流是把文件中的数据写到压缩包中，所以属于输出流。

压缩包中的每一个文件，在java中都是一个ZipEntry对象。

压缩本质：把每一个（文件/文件夹）看成ZipEntry对象放到压缩包中。

压缩一个文件：

putNextEntry(ze)的作用：它会在 ZIP 文件中创建一个条目（学习.txt），并准备好写入压缩后的数据。此时 ZIP 文件的头部信息（如文件名、压缩方法等）已写入。并且声明当前要写入的是zip内的哪个文件（如下代码表示要写入的是学习.txt这个文本文件）。

zos.write(b)的底层行为
当调用zos.write(b)时：
1.ZipOutputStream会自动压缩传入的原始数据（b）。
2. 将压缩后的数据写入到 ZIP 文件中当前条目（学习.txt）对应的位置。
3. ZIP 文件格式会自动处理文件结构、校验和等细节。

注意点：

1. ZIP 文件的本质
ZIP 文件（如 `java学习.zip`）是一个“二进制容器文件”，它内部可以包含多个文件（如 `学习.txt`），但这些文件并不是真实存在于 `java学习.zip\` 目录下，而是以“压缩数据 + 元信息”的方式存储在 ZIP 文件中。

错误理解：
认为 `java学习.zip` 是一个文件夹，`java学习.txt` 在 `java学习.zip\学习.txt`（物理路径）。
正确理解：
java学习.zip是一个二进制文件，`学习.txt` 是它的内部条目（逻辑路径），并不是真实的文件系统路径。

ZIP 文件不是文件夹：
操作系统看到的 `java学习.zip` 是一个二进制文件，不是目录，所以 `java学习.zip\学习.txt` 这样的路径不存在。

压缩一个文件夹：

Commons-io工具包

Commons-io是apache开源基金组织提供的一组有关IO操作的开源工具包。

作用：提高IO流的开发效率。

Apache是专门为支持开源软件项目而办的一个非盈利性组织。

Commons工具包中有很多的工具类，而现在我要说的是IO流有关的工具类

Commons-io不是java底层写的，而是Apache提供的，Apache会把写好的代码打包成一个压缩包（在java中压缩包的后缀是.jar），所以我们在使用的时候需要先把别人的代码导入到自己的项目中。

使用步骤：

1、在项目中创建一个文件夹：lib

2、将jar包复制粘贴到lib文件夹

3、右键jar包，选择添加为库，点击OK

4、在类中导包使用

在我的电脑中之前下载maven的时候，包含这个.jar包，所以直接使用：

 

Commons-io常见方法

FileJtils类：（跟文件或者文件夹相关）

static void copyFile(File srcFile, File destFile)：复制文件
static void copyDirectory(File srcDir, File destDir)：复制文件夹（直接拷贝文件夹里面的内容）
static void copyDirectoryToDirectory(File srcDir, File destDir)：复制文件夹（拷贝文件夹名字，以及文件夹里面的内容）
static void deleteDirectory(File directory)：删除文件夹
static void cleanDirectory(File directory)：清空文件夹
static String readFileToString(File file, Charset encoding)：读取文件中的数据变成成字符串
static void write(File file, CharSequence data, String encoding)：写出数据

IOUtils类（流相关相关）
public static int copy(InputStream input, OutputStream output)：复制文件
public static int copyLarge(Reader input, Writer output)：复制大文件
public static String readLines(Reader input)：读取数据
public static void write(String data, OutputStream output)：写出数据

Hutool工具包

Hutool工具包中也有很多的工具类，但是现在我也之说跟IO有关的工具类

点击这个官网查看下载过程。以及其中的API文档中的一些方法

Hutool🍬一个功能丰富且易用的Java工具库，涵盖了字符串、数字、集合、编码、日期、文件、IO、加密、数据库JDBC、JSON、HTTP客户端等功能。Hutool是一个功能丰富且易用的Java工具库，封装的工具涵盖了字符串、数字、集合、编码、日期、文件、IO、加密、数据库JDBC、JSON、HTTP客户端等一系列操作。https://hutool.cn/

相关类：
IoUtil：流操作工具类
FileUtil：文件读写和操作的工具类
FileTypeUtil：文件类型判断工具类
WatchMonitor：目录、文件监听
ClassPathResource：针对 ClassPath中资源的访问封装

和字符流两个类名重复了，所以一定要注意自己的导包。
FileReader：封装文件读取
FileWriter：封装文件写入