前言

編程語言的I/O類庫中常使用流這個抽象概念，它代表任何有能力產(chǎn)出數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源對象或者是有能力接收數(shù)據(jù)的接收端對象?！傲鳌逼帘瘟藢嶋H的I/O設(shè)備中處理數(shù)據(jù)的細節(jié)。

在文章：<<Java I/O深入學(xué)習(xí)之File和RandomAccessFile>>中，我們講到RandomAccessFile可以寫入和讀取文件，具備I/O功能，但是其只能針對文件，而I/O還涉及到很多其他場景比如網(wǎng)絡(luò)、讀取內(nèi)存中的字符串等，所以Java類庫中提供了一系列的類庫來對其進行支持，也就是本文要總結(jié)學(xué)習(xí)的。

Java類庫中的I/O類分成輸入和輸出兩部分，可以在JDK文檔里的類層次結(jié)構(gòu)中查看到。通過繼承，任何自Inputstream或Reader派生而來的類都含有名為read()的基本方法，用于讀取單個字節(jié)或者字節(jié)數(shù)組。同樣，任何自O(shè)utputStream或Writer派生而來的類都含有名為write()的基本方法，用于寫單個字節(jié)或者字節(jié)數(shù)組。

但是，我們通常不會用到這些方法，它們之所以存在是因為別的類可以使用它們，以便提供更有用的接口。因此，我們很少使用單一的類來創(chuàng)建流對象，而是通過疊合多個對象來提供所期望的功能(這是裝飾器設(shè)計模式的應(yīng)用，也有專門寫文總結(jié)過：裝飾器模式)。實際上，Java中“流”類庫讓人迷惑的主要原因就在于：創(chuàng)建單一的結(jié)果流，卻需要創(chuàng)建多個對象。

I/O需要應(yīng)對的場景往往是多樣化的，Java類庫的設(shè)計者則是通過創(chuàng)建大量的類來解決這個難題，區(qū)區(qū)一篇文章難以詳述，本文也只是盡力對傳統(tǒng)I/O類庫所涉及到的類提供一個總覽，在把握整個脈絡(luò)的前提下才能更好的理解并應(yīng)用I/O類庫來解決實際編程問題。如需涉及到細節(jié)，還是需要參考JDK文檔。

1. InputStream/OutputStream

Java 1.0中，類庫的設(shè)計者首先限定與輸入有關(guān)的所有類都應(yīng)該從InputStream繼承，而與輸出有關(guān)的所有類都應(yīng)該從OutputStream繼承。

1.1 InputStream

InputStream的作用是用來表示那些從不同數(shù)據(jù)源產(chǎn)生輸入的類。這些數(shù)據(jù)源包括：

• 字節(jié)數(shù)組；
• String對象；
• 文件；
• “管道”,工作方式與實際管道相似，即從一端輸入，從另一端輸出；
• 一個由其他種類的流組成的序列，以便我們可以將它們收集合并到一個流內(nèi)；
• 其他數(shù)據(jù)源，如Internet連接等；

每一種數(shù)據(jù)源都有相應(yīng)的InputStream子類，作為基礎(chǔ)構(gòu)件：

• ByteArrayInputStream，允許將內(nèi)存的緩沖區(qū)當(dāng)作InputStream使用；
• StringBufferInputStream，將String轉(zhuǎn)換成InputStream；
• FileInputStream，用于從文件中讀取信息；
• PipedInputStream，產(chǎn)生用于寫入相關(guān)PipedOutputStream的數(shù)據(jù)。實現(xiàn)“管道化”概念；
• SequenceInputStream，將兩個或多個InputStream對象轉(zhuǎn)換成單一InputStream；

1.2 OutputStream

OutputStream的作用是表示那些可以輸出到不同數(shù)據(jù)源的類，其具體的子類決定了輸出所要去往的目標(biāo)：字節(jié)數(shù)組、文件或管道，同樣是作為基礎(chǔ)構(gòu)件：

• ByteArrayOutputStream，在內(nèi)存中創(chuàng)建緩沖區(qū)。所有送往“流”的數(shù)據(jù)都要放置在此緩沖區(qū)；
• FileOutputStream，用于將信息寫至文件；
• PipedOutputStream，任何寫入其中的信息都會自動作為相關(guān)PipedInputStream的輸出，實現(xiàn)“管道化”概念；

1.3 裝飾器

除了有上面的基礎(chǔ)構(gòu)件，還有兩個子類：FilterInputStream/FilterOutputStream，也是InputStream和OutputStream的子類，它們?yōu)椤把b飾器”(decorator)類提供基類，其中，“裝飾器”類可以把屬性或有用的接口與基礎(chǔ)構(gòu)件連接在一起。因為上面提到的InputStream/OutputStream是單字節(jié)為單位來操作的，而真實的I/O場景遠不止于此，所以就通過“裝飾”(其原理是類之間的組合)的方式來擴展其功能。

我自己梳理了一下InputStream/OutputStream流繼承層次結(jié)構(gòu)，結(jié)合下面的解釋來看可以對字節(jié)流體系有一個更清晰的認識：

1.3.1 FilterInputStream

FilterInputStream類主要有如下子類，也就是具體裝飾器：

• DataInputStream；
• BufferedInputStream；
• LineNumberInputStream；

其提供的裝飾功能主要在兩個方面：

• 讀取不同的基本類型數(shù)據(jù)以及String對象，比如DataInputStream；
• 在內(nèi)部修改InputStream的行為方式：是否緩沖、是否保留它所讀過的行，如BuffereInputStream、LineNumberInputStream；

1.3.2 FilterOutputStream

與FilterInputStream類似，F(xiàn)ilterOutputStream主要是完成寫入的功能，主要有如下裝飾器：

• DataOutputStream，與DataInputStream搭配使用，因此可以按照可移植方式向流中寫入基本類型數(shù)據(jù)(int、char、long)；
• PrintStream，用于產(chǎn)生格式化輸出。其中DataOutputStream處理數(shù)據(jù)的存儲，PrintStream處理顯示；
• BufferedOutputStream，使用它以避免每次發(fā)送數(shù)據(jù)時都要進行實際的寫操作。代表“使用緩沖區(qū)”?？梢哉{(diào)用flush()清空緩沖區(qū)；

2. Writer/Reader

InputStream和OutputStream是提供面向字節(jié)形式的I/O，但是InputStream/OutputStream流繼承層次結(jié)構(gòu)僅支持8位字節(jié)流，并且不能很好地處理16位的Unicode字符。由于Unicode用于字符國際化(Java本身的char也是16位的Unicode)，所以添加Reader/Writer繼承層次結(jié)構(gòu)就是為了在所有的I/O操作中都支持Unicode。

幾乎所有原始的Java I/O流類都有相應(yīng)的Reader和Writer類來提供天然的Unicode操作，我們可以對比一下：

我們發(fā)現(xiàn)大體上，這兩個不同的繼承層次結(jié)構(gòu)中的接口即使不能完全相同，但是也是非常相似的。

對于InputStream和OutputStream來說，我們會使用FilterInputStream和FilterOutputStream的裝飾器子類來修改“流”以滿足特殊需要。Reader/Writer的類繼承層次結(jié)構(gòu)繼續(xù)沿用相同的思想，但是又并不完全采用上面說到的裝飾器模式。如下是自己梳理的Reader/Writer繼承層次結(jié)構(gòu)：

與前面的I/O繼承層次結(jié)構(gòu)圖相對比可以發(fā)現(xiàn)，盡管BufferedOutputStream是FilterOutputStream的子類，但是BufferedWriter并不是FilterWriter的子類(FilterWriter是抽象類，但是沒有任何子類，僅僅是作為一個占位符)。

2.1 適配器

有時我們必須把來自于“字節(jié)”層次結(jié)構(gòu)中的類和“字符”層次結(jié)構(gòu)中的類結(jié)合起來使用。為了實現(xiàn)這個目的，要用到“適配器”(adapter)類：InputStreamReader可以把InputStream轉(zhuǎn)換為Reader，而OutputStreamWriter可以把OutputStream轉(zhuǎn)換為Writer。

3. 總結(jié)

• I/O需要應(yīng)對的場景往往是多樣化的，Java類庫的設(shè)計者通過創(chuàng)建大量的類來解決這個難題，在實際使用中，通過裝飾器模式避免“類爆炸”，但類的數(shù)量還是不少，這也是Java中“流”類庫讓人迷惑的主要原因；
• InputStream和OutputStream是提供面向字節(jié)形式的I/O，而Reader和Writer則提供兼容Unicode與面向字符的IO功能；
• 如果需要把字節(jié)流和字符流結(jié)合起來使用，可以使用適配器進行轉(zhuǎn)換，InputStreamReader可以把InputStream轉(zhuǎn)換為Reader，而OutputStreamWriter可以把OutputStream轉(zhuǎn)換為Writer；

本文主要是梳理了傳統(tǒng)I/O流的類繼承層次結(jié)構(gòu)，包括字節(jié)流(InputStream/OutputStream)和字符流(Writer/Reader)，并沒有一開始就一頭扎進I/O類庫的海洋中，主要是希望通過這種方式能夠?qū)φ麄€I/O體系有一個清晰的認識，這對于進一步的學(xué)習(xí)可以有更明確的指導(dǎo)作用，下文會針對一些I/O的的典型使用方式進行總結(jié)。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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