文件与 IO

流

1.I/O流是什么?

对于陌生的东西，最好通过类比的方法去了解。我对于流的理解：流就是一系列数据。通过生活中常见的现象进行类比，比如：流中全部是水，我们称为“水流”，流中全是电子，我们称为“电流”。那我们可以根据流中的数据类型，来给流命名。再回到计算中，流中是字节的我们叫“字节流”，是字符的叫“字符流”，等等。

对于笔者来说，在Java开发中需要用到获取文件信息，经常需要用到流。那个时候不理解流，只知道抄着代码，这里改改那里修修。以至于，每当需要操作文件的时候不知道如何开始下手，对于整个流程不清楚。每当去百度文件操作的时候，又发现很多种实现方法，用的流都不一样，实现起来也有细微差别，搞得笔者也是心态爆炸，于是下决心把这块内容梳理好，方便以后使用。

关于这部分内容目前存在以下几个问题：

• 如何理解文件在流中的角色？
• 文件操作的整个流程？
• 文件操作选用什么流？
• 不同的流的差异与特点

**流的一些补充:**上面粗略解释了流，现在需要对流进行一个补充。我们说的电流和水流都是从一端流向另一端（可能并不是很准确），比如：电池的电子从负极流向正极，电池的负极像一个电子的生产者一样，而正极就像一个消费者或者接收者一般；还有地下水到你家的水龙头一样，地下水通过加工提取到人引用。通过这两个例子，可以得出一个结论，流的操作或者使用至少需要一个生产对象和一个接受对象。在计算机世界中已经为这两个对象命名，输入对象和输出对象。

2.流的分类

关于流的分类，在Java中有如下3种分类标准：

1. 按照流的流向分，可以分为输入流和输出流。
2. 按照操作单元划分，可以分为字节流和字符流。
3. 按照流的角色划分，可以分为节点流和处理流

流的分类解读：

• 根据流向分类：在上面的内容补充中，说流都是从一端流向另一端，说明了流有方向。所以根据流的方向可以分为输入流和输出流，辨别输入流和输出流需要选参照中心。我们以程序作为参照中心，读取本地磁盘上的文件，程序端接收，就说明该是输入流；将程序产生的数据保存到磁盘，程序段输出，就说明是输出流。在Java中所有的IO流的类都是从以下4个抽象类基类中派生出来的：InputStream/Reader所有输入流的基类，前者是字节输入流，后者是字符输入流；OutputStream/Writer所有输出流的基类，前者是字节输出流，后者是字符输出流
• 根据操作单元划分：首先需要理解什么是操作单元，我把他理解为所操作数据的最小单位。我们知道一个字符等于两个字节，字节流取数据按照一个一个字节取，字符流取数据就是一个字符一个字符取。就好比，我们用调羹喝汤，一调羹的量就好比字节，而用勺子喝汤，一勺子的量就好比字符，只不过一勺子比一调羹的量多很多，而字符是一个字节的两倍。
• 根据流的角色划分：节点流和处理流。节点流：可以从一个特定的数据源(称作节点)读写数据，如：内存，硬盘，文件等。处理流：可以理解为，根据实际需求在节点流的基础上进行的二次开发和封装。
        例子1：说明处理流和节点流的关系：想象一个场景，计算机每一次读写的时候都访问硬盘，如果访问次数很频繁的话，性能表现就不佳，而且硬盘的寿命也会减少。所以为了满足这种场景，就设计了缓存流，一次读取较多数据到缓存中，以后的每一次读取都从缓存中访问，直到缓存中的数据读取完毕。用一个生活的例子解释缓存流，吃饭的时候我们不用碗装饭(缓存流)的话，每吃一口都要去电饭锅里面铲，有了碗(缓存流)之后，我们可以把饭装进碗里，吃完了碗里的，我们再去电饭锅里铲。这样就大大减少了去电饭锅里装饭的次数，提高了效率。
               例子2：因为我们的流的操作最小单位是字节或者字符，为了方便Java程序员使用对象，我们就需要在原来节点流的基础上进行二次开发和封装。比如我们读取一个本地的文本文件，需要一个字节流，又由于流里面是字节，而我们希望方便程序员使用对象来保存这些数据，就在该流的基础上进行开发(具体如何实现，本人暂时也不清楚)，原来的字节流就变成了一个对象流，流里面的内容不在是字节，而是对象，这样就方便了程序员对于该信息的获取。

以下是关于字节流和字符流，以及节点流和处理流的详细分类图

3.关于字符流和字节流的选择

之前在学校做课设的时候，每次做到文件关于文件读取的时候，关于选择字节流还是字符流的选择都是含糊不清，每次都是去网上找代码，这部分知识不是很清楚。现在重新把知识捡起来好好梳理一遍。首先不管是文件读写还是网络发送接收，信息的最小存储的单位是字节。由此可能读者又会问了，既然最小存储单元是字节，那么有了字节流为什么还要字符流呢?

**解答:**在编程领域中，由于语言的不同，中文等一些其他语言一个字就需要两个字节表示，即一个字符，所以如果不使用字符流的话，就会出现乱码等问题。在日常使用中遇到图片，音频等媒体文件采用字节流比较好，而涉及到字符操作的使用字符流比较好。

使用文件对象

说明： 一个File对象就是一个具体的文件或者文件夹目录（作用：指定文件或文件夹保存的路径）。让然，指定的文件或文件夹目录在电脑上不一定存在。以下代码演示了文件对象的用法以及常用的方法。

//创建一个文件对象，指定他的目录：D盘目录下的java文件夹
File file = new File("D:\\java\\test");

boolean exists()  //判断文件或者文件夹是否存在
boolean isDirectory()  //判断是否是文件夹
boolean isFile()  //判断是否是文件

long length()  //获取文件的长度
long lastModified() //获取文件最后修改时间
boolean setLastModified(long time)  //设置文件最后修改时间
boolean renameTo(File dest)  //文件重命名
    
注：renameto方法重新命名，指的是在磁盘上文件"1.txt"变成"2.txt"但是通过file.getName()获得的文件名还是“1.txt”,无论是命名前还是命名后。

String[] list()  // 以字符串数组的形式，返回当前文件夹下的所有文件（不包含子文件及子文件夹)
File[] listFiles() // 以文件数组的形式，返回当前文件夹下的所有文件（不包含子文件及子文件夹）
      
String getParent()   // 以字符串形式返回当前文件所在文件夹
File getParentFile() // 以文件形式返回当前文件所在文件夹

boolean mkdir()    // 创建文件夹，如果父文件夹不存在，创建就无效。举例：使用第一行的file对象，如果D盘				   // 根目录下没有java文件夹,则目录创建失败，java目录，test目录都没有创建。
    				
boolean mkdirs()   // 创建文件夹，如果父文件夹不存在，就会创建父文件夹。举例：如果D盘根目录下没有java				   // 文件夹,就会连同java文件夹一并创建，java目录和test目录都创建成功。 

boolean createNewFile()  // 创建一个空文件,如果父文件夹不存在，就会抛出异常。

/*
	由于创建文件，父文件夹不存在就会抛出异常，所以创建文件的时候需要先创建父文件夹。使用上面提到的方法创建文件夹。例如:file.getParentFile().mkdirs();
*/
File[] listRoots()  // 列出电脑上所有的盘符c: d: e: 等等
boolean delete()    //删除文件或者文件夹
void deleteOnExit() // JVM结束的时候，刪除文件，常用于临时文件的删除

流与文件

       在做课设的时候经常会遇到文件的读取等功能，在还没弄清楚流的时候就已经强迫使用文件操作，导致每次遇到文件读取问题都是网上copy类似代码，却不能很好的理解代码执行流程，或者理解了也很快就忘记了，因为这个记忆点并不深。所以现在打算简单的梳理下文件的读取操作。

       开始之前，我们需要思考下几个问题：1.先要搞清楚”流向”，我们把我们的程序作为参照物，我们的程序是要读取文件还是写入文件？2.是哪个文件？(即文件所在的位置)3.根据文件的类型，我们该选用什么类型的流？通过思考这几个问题，使得我们对于文件的读取流程就会很清晰了。

1. 假设我们程序需要读取D盘根目录下的zzf.txt文本文件,通过使用File构建一个对象file,并告诉我们的程序文件位于D:\\zzf.txt

   File file = new File("D:\\zzf.txt");

2. 告诉程序文件的位置之后，我们就需要构建一个流了。让文件数据通过流，流向程序。构建流的时候我们又需要考虑了，是输入流还是输出流，显然我们在流的章节中说道，数据是流向程序，所以我们要选用输入流。选用输入流之后还要思考,是要字节流还是字符流呢?这个问题我们要确定文件类型，显然我们这里是文本类型的，对于文本前面也提到了最好使用字符流，防止文本里面有中文字符。所以综合来说我们选用字符输入流

   /*
   *try后面加括号是Java7中的技术，这样的好处是：把流定义在try()里,try,catch或者finally结束的时候，会自
   *动关闭流。这样就不要像以前一样，需要自己写代码关闭了。
   * 1.首先我们要使用上面生成的文件对象file，用来构建一个输入字符流fis。
   */
   try (FileReader fis = new FileReader(file)) {
   //2.因为我们选用的是字符流，所以我们新建一个字符数组用来保存流中的数据，数组长度就是文件的长度
       char[] content = new char[(int) file.length()];
   //3.使用read方法把流中的数据全部保存到content字符数组中。
       fis.read(content);
   } catch (IOException e) {
       e.printStackTrace();
        }

3. 通过上面的步骤，我们就完成了把D盘目录下的zzf.txt文件内容保存到了content数组中，接下来我们可以   对这个数组进行很多操作，比如将数据写入一个txt文件等等。

4. 继续完善我们的操作，我们把刚才读取的文件数据重新写入到一个新的文件中。根据步骤2中关于选择流的思考，这里我们同样需要思考，流的选择。在了解步骤2的基础下，我们可以快速的得出，我们是需要一个字符输出流

   	File file = new File("D:\\zzf.txt");
   //这里我们告诉程序，我们的文件是D盘根目录下的zz.txt文件
   	File file1 = new File("D:\\zz.txt");
   //通过file1对象构建字符输出流
       try (FileReader fis = new FileReader(file);FileWriter fileWriter = new FileWriter(file1)) {
               char[] content = new char[(int) file.length()];
               fis.read(content);
   //将从zzf.txt文件中读取保存的数据content，写入到新文件zz.txt中
               fileWriter.write(content);
   
        } catch (IOException e) {
               e.printStackTrace();
           }

5. 这样我们就简单的实现了一个文件的读取。有人或许会问，你前面说的节点流和处理流你咋没     用到呢？其实回去看第一部分,再仔细分析的话我们这个字符输入输出流就是一个节点流,所       以我们可以把效率提高一点,在这个基础上我们使用缓存流。

6. 加上缓存流，提高效率。前面也说了处理流是在节点流上进行二次开发和封装的，所以用到处理流肯定就需要节点流。就像通过文件对象构建流一样，处理流通过节点流来进行构建。

   File file = new File("D:\\zzf.txt");
        File file1 = new File("D:\\zz.txt");
        try (FileReader fis = new FileReader(file);FileWriter fileWriter = new FileWriter(file1)) {
            char[] content = new char[(int) file.length()];
            //使用节点流FileReader对象构建处理流BufferedReader
            BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(fis);
            //读取文件数据
            bufferedReader.read(content);
   //使用节点流FileWriter对象构建处理流BufferedWriter
            BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(fileWriter);
            //写入文件数据
            bufferedWriter.write(content);
            //有的时候，需要立即把数据写入到文件，而不是等缓存满了才写出去,这时候就需要用到flush
            bufferedWriter.flush();
   
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

7. 注意事项:

   1. 我们使用流的时候一般都是需要手动关闭的，上面的代码都没有写出关闭的代码，是因为我们把流的构建这一步写进了try()里面，所以不需要手动关闭代码，自己写的话，要么和我代码一样，要么就在流使用完之后就写一行代码关闭流。
   2. 还有一个大家可能没有考虑到的情况，我们刚才使用了缓冲流之后，如果手动关闭的话是不是需要关闭两个流呢？实际上，我们只需要关闭节点流就行了，因为处理流是在节点流的基础上构建的，我们关闭了节点流，处理流就失去了节点流，就会自动销毁。
   3. 最后说一个关于缓存流写入的问题，因为缓存流是有缓存空间的，只有缓存空间满了，缓存空间的数据才会写入到文件中。通过查看源代码发现默认设置的缓存空间是8kb。因此，当你使用缓存流读取文件的时候，如果文件大小小于8kb,没有使用flush方法的话，要写入的文件就没有数据，因为数据都在缓存区中。我们使用flush方法就可以将缓存区的数据强制写入到文件中，无论缓冲区的数据大小。