Java程序设计-12-基本输入输出处理

1、Java程序设计第12章 基本I/O处理学习目标理解流的概念，掌握I/O类体系理解文本流和字节流、节点流和加工流理解流的处理链构造，熟悉常用加工流并能灵活应用理解File，能够利用File实例分析文件属性和基本的文件操作掌握顺序文件的读/写过程能够应用RandomAccessFile完成随机文件访问理解串行化，能够定义可串行化的类，并实现对象的串行化存取12.1 流I/O的形式分为四种：控制台(console, 如DOS窗口)。例如打印到显示器/键盘读入文件(file)读/写，以文件为读/写对象。网络接口(TCP/UDP端口)读/写，例如，网上冲浪、网络聊天、邮件发送。 程序(线程)间通信，例

2、如，数据传输。 12.1.1 什么是流 简单的说流就是一个传送有序的字节序列。读者更可以把它想象成为一个数据节点和程序之间建立起来的连接通道上的字节序列。换句话说，流就是对输入数据源和输出目的地的抽象表示。 下图 流是输入和输出设备的抽象 当把数据写入流时，该流被称为输出流。输出流可以连接硬盘上的文件、网络上的另一端等任何可以接收字节序列的设备。同样可以把从中读取数据的流称为输入流，输入流连接的数据源可以是任何串行数据源，如磁盘文件、网络另一端的信息发送程序、键盘等。12.1.2流的分类节点流可以直接和能够提供输入数据的数据源和接受数据的目的地建立直接的联系加工流能够改善应用开发性能和效率的具

3、有特殊功能的I/O流，这些流可以对流进行再处理表12-1 节点流字符流字节流FileReader，FileWriterFileInputStream，FileOutputStreamCharArrayReader，CharArrayWriterStringReader，StringWriterByteArrayInputStream，ByteArrayOutputStreamPipedReader，PipedWriter；PipedInputStream，PipedOutputStream表12-2 加工流功能字符流字节流缓冲BufferedReader，BufferedWriterBuffe

4、redInputStream，BufferedOutputStream字节流到字符流的转换InputStreamReader，OutputStreamWriter连接SequenceInputStream对象串行化ObjectInputStream，ObjectOutputStream基本数据类型转换DataInputStream，DataOutputStream计数LineNumberReader推回缓冲区PushbackReaderPushbackInputStream过滤FilterReader，FilterWriterFilterInputStream，FilterOutputStre

5、am打印PrintWriter PrintStream12.1.3输入流的基本方法表12-3 InputStream的主要方法方法作用int read()从输入流中读取数据的下一个字节。int read(byte b)从输入流中读取一定数量的字节，并将其存储在缓冲区数组 b 中。int read(byte b, int off, int len)将输入流中最多 len 个数据字节读入 byte 数组。long skip(long n)跳过和丢弃此输入流中数据的 n 个字节。表12-4 Reader的主要方法方法作用int read()从输入流中读取单个字符。int read(char cbuf

6、)从输入流中读取一定数量的字符，并将其存储在缓冲区数组 cbuf 中。int read(char cbuf, int off, int len)将输入流中最多 len 个数据字节读入字符数组中。int read(CharBuffer target)将字符读入指定的字符缓冲区。long skip(long n)跳过和丢弃此输入流中数据的 n 个字节。12.1.4输出流的基本方法表12-5 OutputStream的主要方法方法作用void flush()刷新此输出流并强制写出所有缓冲的输出字节。void write(byte b)将 b.length 个字节从指定的 byte 数组写入此输出流。

7、void write(byte b, int off, int len)将指定 byte 数组中从偏移量 off 开始的 len 个字节写入此输出流。abstract void write(int b)将指定的字节写入此输出流。表12-6 Writer的主要方法方法作用Writer append(char c)将指定字符添加到此 writer。Writer append(CharSequence csq)将指定字符序列添加到此 writer。abstract void flush()刷新该流的缓冲。如果该流已保存缓冲区中各种 write() 方法的所有字符，则立即将它们写入预期目标。void

8、write(char cbuf)写入字符数组。void write(int c)写入单个字符。要写入的字符包含在给定整数值的 16 个低位中，16 高位被忽略。void write(String str)写入字符串。12.2字符流和字节流字符流Reader和Writer是用于读取字符流的两个字符流类的抽象父类Reader和Writer是用于读取字符流的两个字符流类的抽象父类，准确地说，它们可以象读写字符流一样读写字节流 。字符流是基于Unicode编码的。字节流输入流InputStream和输出流OutputStream也是抽象类，它们是一切字节输入/输出类的超类，也是抽象类。12.3节点流节

9、点流就是能够直接和内存、文件、管道这些数据的实际来源和目的地设备连接。import java.lang.Exception;class TestInput public static void main(String args) throws Exception /*准备一个字节数组，用作接收从键盘上输入内容的缓冲区*/ byte b = new byte10; /number保存每次从输入流中读入到缓冲区b的字节数 int number = 0; number = System.in.read(b); for(int i=0;ib.length;i+) System.out.println(

10、bi); System.out.println(Received number= + number );12.4流的处理链12.4.1过滤器流过滤器(Filter)流是为了某种目的过滤字节或字符的数据流。它也是一个加工流，建立在基本的字符/字节流。Java的I/O类中包含四个过滤器流，分别是支持字符和字节的输入/输出流。protected FilterInputStream(InputStream in)protected FilterOutputStream(OutputStream out)protected FilterReader(Reader in)protected FilterW

11、riter(Writer out) 表12-7 FilterInputStream的主要子类类作用BufferedInputStream从缓冲区中读取数据，每个带缓冲的输入流都包含一个数组用于保存从输入流中读入的数据。DataInputStream能够独立于任何机器的处理Java的基本数据类型。LineNumberInputStream跟踪读取了多少行。PushbackInputStream允许单字节向前查找。找到相应的字节后，数据流将它推后，以备下一次读取可以读到它。表12-8 FilterOutputStream的主要子类类作用BufferedOutputStream带缓冲的输出流，应用程

12、序可以实现成块的输出，提高输出的性能DataOutputStream允许应用程序按照Java的基本数据类型进行输出到输出流中PrintStream输出所有基本类型的统一码格式，包括对象、字符串，常用的System.out其类型就是PrintStream12.4.2转换流将字节流转换为字符流上面的语句中，InputStreamReader类的作用是建立起从字节流到字符流之间的桥梁，它从字节流中读入若干字节的数据，然后根据设定的字符集将其转换为字符。InputStreamReader isr = new InputStreamReader(System.in);OutputStreamWriter

13、 osr = new OutputStreamWriter(System.out);类似的，将字符流转换为字节流/程序12-2 转换字节流到字符流import java.io.IOException;import java.io.InputStreamReader;public class InputStreamReaderDemo public static void main(String args) throws IOException InputStreamReader isr=new InputStreamReader(System.in,GBK); int c=0; while(c

14、=isr.read()!=-1)System.out.println(char)c); 12.4.3数据输入和输出流DataInputStream和DataOutputStream是两个可以按照Java数据类型(无关底层的数据类型)进行存取的数据流。DataInput和DataOutput的实例public class DataInOutDemo public static void dataIn(String fileName) throws IOExceptionFileInputStream fis=new FileInputStream(fileName); DataInputStre

15、am dis=new DataInputStream(fis);System.out.print(从文件中读取了:);while(true) try int x=dis.readInt();/从文件读一个整数 System.out.printf(%dt,x); catch(EOFException e)/到达文件尾 break;/退出循环 dis.close(); public class DataInOutDemo /输出10个整数到指定的文件 public static void dataOut(String fileName) throws IOExceptionFileOutputSt

16、ream fos=new FileOutputStream(fileName); DataOutputStream dos=new DataOutputStream(fos);Random rand=new Random(); for(int i=0;i10;i+)int x=rand.nextInt(10000);dos.writeInt(x);dos.close(); 12.4.4缓冲流应用程序使用缓冲流，可以减少读写的次数，加快输入和输出的速度，提高应用的性能。缓冲数据流中均包含一个字节/字符缓冲区数组，从而实现成块的读写。当然这个成块的读写过程对于应用程序来讲是透明的，无须关心。 例如

17、：还是向文件进行输出，上一小节中提到了下面的方法：如果加上了缓冲之后，则变成了下面的代码：PrintStream ps = new PrintStream(out.dat);PrintStream ps = new PrintStream( new BufferedOutputStream( new FileOutputStream(out.dat);两个不同输出程序的效率比较一个不用缓冲区输出数据到文件的程序 用缓冲实现向磁盘上文件输出数据的程序 12.4.5打印输出流基于数据输出流的文件输出，保存到文件中的是二进制的内容，无法使用文本工具浏览文件内容。Java提供了PrintStream和

18、PrintWriter把数据输出到文件中，可以方便的使用文本工具进行浏览public class PrintStreamDemo public static void main(String args) throws FileNotFoundException /PrintStream out = new PrintStream(test.dat);PrintWriter out = new PrintWriter(test.dat);Random rand = new Random();for (int i = 0; i 10; i+) int x = rand.nextInt(100000

19、);out.println(x);out.close(); 12.4.6如何利用流编写程序基本的I/O过程可以遵从以下原则：确定要访问设备的数据类型是字节设备还是文本设备，来决定采用何种类型的节点流进行连接。根据是准备从数据源输入内容，还是准备向目的地输出内容，确定合适的I/O类创建节点流。根据应用程序的特性确定选择合适的输出流或输入流，并对下层输入输出流进行封装，如有必要，需要借助InputStreamStreamReader或OutputStreamWriter进行转换。常见的如基于文本行的文本输入输出、基于Java数据类型的数据流输入输出，格式化输出流PrintWriter等。考虑是否添

20、加缓冲流来改善输入和输出性能，如需要，修改第3步的实例化过程、一般将缓冲流置于中间层，参见缓冲流中的例子。输入输出结束后，可以直接关闭最外层的流即可。12.5文件处理应用程序中经常需要从外部的文件中读取信息和向外部文件写出数据进行保存，在这个过程中，简单的程序如同例9-4和例9-5都已经作了简单的介绍，但在实际中，经常会发生各种意外的情况，例如，如果需要打开的文件不存在，或者要创建的文件没有创建成功，甚至创建时覆盖了一个已经存在的同名文件，等等诸如此类的情况，因此，在文件处理中，除了能够完成高效的I/O处理外，还要在关键的打开、读写和关闭等关键处理上注意异常的发生，提高程序的质量。12.5.1

21、 File实际应用中直接利用文件名指向一个将要创建的文件存在一定的风险，例如是否有同名的文件存在，抑或在不同的环境中文件的属性会有一定的变化。1 File对象File是对文件和路径名的一种抽象表示，应用程序中经常使用File对象来指向自己希望创建或引用的文件或目录的路径。具体来说，它有两个作用：应用程序利用它检查它所引用的物理文件或目录，看是否与真实的文件或目录相对应。应用程序可以利用它创建文件输出/输出流，进行文件的处理。读者需要注意的是File对象并不包含文件内容，应用程序只是利用它处理文件的各种属性。 2 创建File对象下面列出了File对象的四种构造函数，应用中可以根据情况进行选择：

22、File(File parent, String child) 根据 parent 抽象路径名和 child 路径名字符串创建一个新 File 实例。 File(String pathname) 通过将给定路径名字符串转换成抽象路径名来创建一个新 File 实例。 File(String parent, String child) 根据 parent 路径名字符串和 child 路径名字符串创建一个新 File 实例。 File(.URI uri) 通过将给定的 file: URI 转换成一个抽象路径名来创建一个新的 File 实例，用于网络访问。例如，下面的代码创建了一个封装了指定路径D:/

23、mydata/和一个文件名为score.txt的文件对象，它应用了第三个构造函数：或者，可以使用第二个构造函数的形式：注意：上述代码中应该保证在D分区中有一个mydata的目录，该构造函数并不会直接创建一个不存在的目录。File myFile = new File(D:/mydata,score.txt);File myFile = new File(D:/mydata/score.txt);3 路径分界符及路径移植性问题 在不同的系统中路径分隔符是不一样的，例如在unix系列的操作系统中，分割符定义为/，而在Windows系统下则被定义为，只是由于转义的规定被写为。路径的表示在不同的系统中也

24、是不一样的，例如Windows系统下的路径在绝对表示时，通常包含分区，如C:mydata2006score.txt在Java代码中即被表示为C:mydata2006score.txt，而在Unix系统下绝对路径却是以/开始，例如/mydata/2006/score.txt。 如何避免？因此在Java应用中就需要尽量考虑不要在代码中直接嵌入具体的路径表示，而要用相对路径来表示，相对路径不包括具体的绝对路径前缀，避免了不同操作系统的影响。String homeDir = System.getenv(MyAppHome)；File myFile = new File(homeDir + File.s

25、eparator + score.txt); 一个模拟的应用String homeDir = System.getenv(MyAppHome);File myFile = new File(homeDir+File.separator+score.txt);if(!myFile.exists() System.out.println(The file has not been found! ); System.exit(-1); /退出程序执行 表 12-9 File类中的路径String getAbsoluteFile() 返回抽象路径名的绝对路径名字符串String getCanonica

26、lPath()返回抽象路径名的规范路径名字符串String getName()返回由此抽象路径名表示的文件或目录的名称String getParent()返回此抽象路径名的父路径名的路径名字符串，如果此路径名没有指定父目录，则返回 nullString getPath()将此抽象路径名转换为一个路径名字符串5 文件的属性测试表 12-10 File类中的属性测试方法boolean canRead()测试应用程序是否可以读取此抽象路径名表示的文件boolean canWrite()测试应用程序是否可以修改此抽象路径名表示的文件boolean exists()测试此抽象路径名表示的文件或目录是否存

27、在boolean isAbsolute()测试此抽象路径名是否为绝对路径名boolean isDirectory()测试此抽象路径名表示的文件是否是一个目录boolean isFile()测试此抽象路径名表示的文件是否是一个标准文件boolean isHidden()测试此抽象路径名指定的文件是否是一个隐藏文件 String homeDir = System.getenv(MyAppHome);File myFile = new File(homeDir+File.separator+score.txt);if(!myFile.exists()System.out.println(The fi

28、le has not been found! );System.exit(0); /退出程序执行6 目录及目录操作表 12-11 File类中的目录操作String list()返回由此抽象路径名所表示的目录中的文件和目录的名称所组成字符串数组String list(FilenameFilter filter)返回由包含在目录中的文件和目录的名称所组成的字符串数组，这一目录是通过满足指定过滤器的抽象路径名来表示File listFiles()返回一个抽象路径名数组，这些路径名表示此抽象路径名所表示目录中的文件File listFiles(FileFilter filter)返回表示此抽象路径名

29、所表示目录中的文件和目录的抽象路径名数组，这些路径名满足特定过滤器File listFiles(FilenameFilter filter)返回表示此抽象路径名所表示目录中的文件和目录的抽象路径名数组，这些路径名满足特定过滤器static File listRoots() 列出可用的文件系统根目录，例如Windows系统的C:;D:boolean mkdir()创建此抽象路径名指定的目录boolean mkdirs()创建此抽象路径名指定的目录，包括创建必需但不存在的父目录7 其它文件操作表 12-12 File类中的其它文件操作boolean renameTo(File dest)重新命名此

30、抽象路径名表示的文件，利用它的参数可以实现重新命名、文件移动操作boolean setLastModified(long time)设置由此抽象路径名所指定的文件或目录的最后一次修改时间boolean setReadOnly()标记此抽象路径名指定的文件或目录，以便只可对其进行读操作long length()返回由此抽象路径名表示的文件的长度boolean delete()删除此抽象路径名表示的文件或目录boolean createNewFile()当且仅当不存在具有此抽象路径名指定的名称的文件时，原子地创建由此抽象路径名指定的一个新的空文件一个转移目录下文件的实例12.5.2顺序读写文件顺序

31、读写文件顾名思义，顺序读写文件就是按照顺序一个字节或一个字符的对文件的内容进行输入输出，不能回读或回写，也不能随意指定读写位置，而只能从前到后。public class AccountTools public static Map getAccountFromFile(String fn) throws IOException, NumberFormatException, ParseException Map accounts=new HashMap(); BufferedReader in=new BufferedReader(new FileReader(fn); String info

32、=null;/用来保存每次读入的文件内容 while(true)info=in.readLine();/每次读取文件一行if(info=null)/若返回值为null，则表示已到文件尾 break;String s=info.split(“,”);/利用文件的内容分隔符分解此行Account a=new Account(s0,s1,Integer.parseInt(s2);accounts.put(a.getId(), a); return accounts; 12.5.3随机读写文件RandomAccessFileJava提供了RandomAccessFile类，用于随机存取文件的读取和写入

33、。它属于字节流，也属于节点流的一种，而且本身即是输入流又是输出流1. 如何构造RandomAccessFile对象构造函数1：RandomAccessFile(File file, String mode) /创建从中读取和向其中写入（可选）的随机存取文件流，该文件由 File 参数指定。 构造函数2：RandomAccessFile(String name, String mode) /创建从中读取和向其中写入（可选）的随机存取文件流，该文件具有指定名称。 r以只读方式打开。调用结果对象的任何write方法都将导致抛出IOException。rw打开以便读取和写入。如果该文件尚不存在，则尝试

34、创建该文件。rws打开以便读取和写入，对于rw，还要求对文件的内容或元数据的每个更新都同步写入到基础存储设备。rwd打开以便读取和写入，对于rw，还要求对文件内容的每个更新都同步写入到基础存储设备。其中，mode 参数指定用以打开文件的访问模式。允许的值及其含意为： 例如，如果希望对已经存在的文件进行更新操作，可以采用如下代码：RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(D:/mydata/student.txt,rw); 2 随机存取的实现机理随机存取文件的行为类似存储在文件系统中的一个大型字节数组。存在指向该隐含数组的光标或索引，称为文件指针。输

35、入操作从文件指针指向处开始读取字节，并随着对字节的读取而前移此文件指针。如果随机存取文件以读取/写入模式创建，则输出操作也可用；输出操作从文件指针开始写入字节，并随着对字节的写入而前移此文件指针。写入隐含数组的当前末尾之后的输出操作导致该数组扩展。该文件指针可以通过 getFilePointer 方法读取，并通过 seek或skipBytes方法设置随机位置. RandomAccessFile类的主要方法表 12-14 RandomAccessFile类long getFilePointer()返回此文件中的当前偏移量long length()返回此文件的长度seek(long pos)设置到

36、此文件开头测量到的文件指针偏移量，在该位置发生下一个读取或写入操作int skipBytes(int n) 尝试跳过输入的 n 个字节以丢弃跳过的字节int read()从此文件中读取一个数据字节int read(byte b)将最多 b.length 个数据字节从此文件读入字节数组int read(byte b, int off, int len)将最多 len 个数据字节从此文件读入字节数组，类似的还有，readBoolean() readByte() readDouble() readLine()等write(byte b)将 b.length 个字节从指定字节数组写入到此文件，并从当前

37、文件指针开始，类似的还有，write(byte b, int off, int len) write(int b) writeFloat(float v) writeInt(int v) 随机文件访问程序 第一部分，打开文件public class TestRandomAccessFile public static void main(String args) RandomAccessFile raf = null; String info = null; String rec= null; try raf= new RandomAccessFile(d:/log/student.txt,r

38、w); catch (FileNotFoundException e) System.exit(0); 第二部分，文件更新 try while(info=raf.readLine()!=null) rec = info.split(,); if(pareTo(MATH)=0) raf.seek(raf.getFilePointer()-6); raf.writeBytes(MaTH); raf.skipBytes(2); raf.close(); catch (IOException e) System.exit(0);程序运行需要注意：执行和分析上面的程序，需要注意的是以下几个方面的问题：建

39、立随机读写文件的模式如何灵活的利用seek和skip实现灵活的定位随机读写尚不能支持对文件的直接插入操作，仅仅实现了修改操作，因此需要避免因为写入了比需要修改的信息多的字节，而导致后续的内容受到破坏。注意读写中的异常处理程序没有考虑字符集的问题，对于实验用的文本文件，其原始格式都是按照一个字符占一个字节，一个汉字占2个字节进行分析的，在运行时读者需要注意，如果有汉字的话，可能是乱码，此问题请参考有关国际化编程中的有关解释。12.6对象串行化串行化对象串行化使得应用能够以字节序列形式保存一个对象的状态(对象的属性值)，以便随后被重新构造为原来的对象。 在Java的I/O类中，有两个特别的类Obj

40、ectOutputStream和ObjectInputStream可以实现对象的串行化存取。 Java中的串行化首先应用在RMI(Remote Method Invocation)环境，RMI允许在一个虚拟机中的对象通过Internet传递参数去引用存在于另外一个虚拟机中的对象的方法，并获得返回值。串行化的对象 如果要使对象能够在网络内传输或者持久化保存，就必须使对象成为可串行化。在Java中，一个类的对象要可串行化的必要条件是：定义类的时候，该类要实现Serializable接口。import java.io.Serializable;public class Student impleme

41、nts Serializable String sid; /学号 String name; /姓名 Student(String sid, String name) super(); this.sid = sid; = name; public String toString() return id=+sid+ name=+name; /读者可自己继续添加类的其它部分定义关于串行化化类在进行类的串行化实现声明时，要注意类的继承性。如果一个类的父类已经声明为可串行化的，那么子类就无需重复声明了。在进行属性声明时，一定要注意属性类型是否已实现串行化。 同时需要注意的是，Java中的基本数据类型、D

42、ate类等已经实现了可串行化，在应用中可直接使用。ObjectOutputStream的主要输出方法表 12-15 writeBoolean(boolean val)写入一个 boolean 值writeByte(int val) 写入一个 8 位的字节值writeBytes(String str)以字节序列形式写入一个 StringwriteChar(int val)写入一个 16 位的 char 值writeChars(String str)以 char 序列形式写入一个 StringwriteDouble(double val)写入一个 64 位的 double 值writeFloat(

43、float val)写入一个 32 位的 float 值writeInt(int val)写入一个 32 位的 int 值writeLong(long val)写入一个 64 位的 long 值writeObject(Object obj)将指定的对象写入 ObjectOutputStreamwriteShort(int val)写入一个 16 位的 short 值write(byte buf)写入一个字节数组对象的串行化存取 public class StudentManager /限制了该列表只处理Student类型的对象 private List students = new Array

44、List(10); StudentManager() /将对象追加到列表对象中 void addStudent(Student student) this.students.add(student); void save(String filename) throws FileNotFoundException, IOException / void restore(String filename) throws FileNotFoundException, IOException /将列表中的对象都保存在文件中void save(String filename) throws FileNot

45、FoundException, IOException ObjectOutputStream out = null;/判断集合中是否有对象存在，如果没有，就不再执行保存操作if(this.students.size()=0) return; /* 开始保存对象列表,首先创建一个对象输出流,运行中可能抛出异常*/out = new ObjectOutputStream( new BufferedOutputStream( new FileOutputStream(filename); /首先将需要保存的对象总数保存到文件开始处，以便读取时容易处理out.writeInt(students.siz

46、e();for(Student student:students)/开始循环保存每个对象out.writeObject(student);out.close();/关闭输出流void restore(String filename) throws FileNotFoundException, IOException ObjectInputStream in =null; Object student=null; this.students.clear(); /首先将列表对象清空 in = new ObjectInputStream( new BufferedInputStream(new Fi

47、leInputStream(filename); try int count = in.readInt(); /首先读取该文件中对象的数量 int i=0; while(icount) student=in.readObject(); /返回的类型是Object this.addStudent(Student)student); System.out.println(student); i+; catch (ClassNotFoundException e) /e.printStackTrace(); finally in.close(); /关闭输入流 串行化的问题 串行化看起来比较简单，只须实现一个没有任何方法的接口即可，但实际上还是会出现一些特别的情况需要考虑。例如，下面的几个问题：一个对象是否一定能够被串行化？如果不希望保存对象的某些属性怎么办？一个对象的状态发生了改变，再次保存时是重新保存还是覆盖原有的内容？串行化的问题(cont.)1 串行化的条件在实现Serializable接口时，为了类对象能够充分串行化，则要求该类中的所有字段必须均为可串行化的，但是实际中可能还有一