前言

編程語(yǔ)言的I/O類庫(kù)中常使用流這個(gè)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(duì)象或者是有能力接收數(shù)據(jù)的接收端對(duì)象。“流”屏蔽了實(shí)際的I/O設(shè)備中處理數(shù)據(jù)的細(xì)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(duì)文件，而I/O還涉及到很多其他場(chǎng)景比如網(wǎng)絡(luò)、讀取內(nèi)存中的字符串等，所以Java類庫(kù)中提供了一系列的類庫(kù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行支持，也就是本文要總結(jié)學(xué)習(xí)的。

Java類庫(kù)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(guò)繼承，任何自Inputstream或Reader派生而來(lái)的類都含有名為read()的基本方法，用于讀取單個(gè)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(lái)的類都含有名為write()的基本方法，用于寫單個(gè)字節(jié)或者字節(jié)數(shù)組。

但是，我們通常不會(huì)用到這些方法，它們之所以存在是因?yàn)閯e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(lái)創(chuàng)建流對(duì)象，而是通過(guò)疊合多個(gè)對(duì)象來(lái)提供所期望的功能(這是裝飾器設(shè)計(jì)模式的應(yīng)用，也有專門寫文總結(jié)過(guò)：裝飾器模式)。實(shí)際上，Java中“流”類庫(kù)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?jiǎng)?chuàng)建多個(gè)對(duì)象。

I/O需要應(yīng)對(duì)的場(chǎng)景往往是多樣化的，Java類庫(kù)的設(shè)計(jì)者則是通過(guò)創(chuàng)建大量的類來(lái)解決這個(gè)難題，區(qū)區(qū)一篇文章難以詳述，本文也只是盡力對(duì)傳統(tǒng)I/O類庫(kù)所涉及到的類提供一個(gè)總覽，在把握整個(gè)脈絡(luò)的前提下才能更好的理解并應(yīng)用I/O類庫(kù)來(lái)解決實(shí)際編程問(wèn)題。如需涉及到細(xì)節(jié)，還是需要參考JDK文檔。

1. InputStream/OutputStream

Java 1.0中，類庫(kù)的設(shè)計(jì)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(lái)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(duì)象；
• 文件；
• “管道”,工作方式與實(shí)際管道相似，即從一端輸入，從另一端輸出；
• 一個(gè)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(gè)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(shí)現(xiàn)“管道化”概念；
• SequenceInputStream，將兩個(gè)或多個(gè)InputStream對(duì)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(huì)自動(dòng)作為相關(guān)PipedInputStream的輸出，實(shí)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(gè)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?yàn)樯厦嫣岬降腎nputStream/OutputStream是單字節(jié)為單位來(lái)操作的，而真實(shí)的I/O場(chǎng)景遠(yuǎn)不止于此，所以就通過(guò)“裝飾”(其原理是類之間的組合)的方式來(lái)擴(kuò)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(lái)看可以對(duì)字節(jié)流體系有一個(gè)更清晰的認(rèn)識(shí)：

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(gè)方面：

• 讀取不同的基本類型數(shù)據(jù)以及String對(duì)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(guò)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(chǔ)，PrintStream處理顯示；
• BufferedOutputStream，使用它以避免每次發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)都要進(jìn)行實(shí)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(guó)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(lái)提供天然的Unicode操作，我們可以對(duì)比一下：

我們發(fā)現(xiàn)大體上，這兩個(gè)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(duì)于InputStream和OutputStream來(lái)說(shuō)，我們會(huì)使用FilterInputStream和FilterOutputStream的裝飾器子類來(lái)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(shuō)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(duì)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(méi)有任何子類，僅僅是作為一個(gè)占位符)。

2.1 適配器

有時(shí)我們必須把來(lái)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(lái)使用。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)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(duì)的場(chǎng)景往往是多樣化的，Java類庫(kù)的設(shè)計(jì)者通過(guò)創(chuàng)建大量的類來(lái)解決這個(gè)難題，在實(shí)際使用中，通過(guò)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(kù)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(lái)使用，可以使用適配器進(jìn)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(méi)有一開(kāi)始就一頭扎進(jìn)I/O類庫(kù)的海洋中，主要是希望通過(guò)這種方式能夠?qū)φ麄€(gè)I/O體系有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，這對(duì)于進(jìn)一步的學(xué)習(xí)可以有更明確的指導(dǎo)作用，下文會(huì)針對(duì)一些I/O的的典型使用方式進(jìn)行總結(jié)。

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)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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