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数据侠客行 2023-08-30 19:03:25

文章标签 Java文件管理系统文件 java 输出流输入流数据 文章分类 Java 后端开发

文章目录

文件管理与I/O流

文件管理
File类

案例：文件过滤

I/O流简介

流类继承层次

字节输入流
字节输出流
字符输入流
字符输出流

字节流

InputStream
OutputStream
案例：文件复制
使用字节缓冲流
字符流
Reader抽象类
Writer抽象类
案例：文件复制
使用字符缓冲流
字节流转换字符流

就是在抄书，啊啊啊啊啊…

文件管理与I/O流

文件管理

java语言使用File类对文件和目录进行操作，查找文件时需要实现FilenameFilter或FileFilter接口。
读写文件内容可以通过FileInputStream、FileOutputStream、FileReader和FileWriter类实现，它们属于I/O流。
这些类和接口全部来源于java.io包。

File类

File类表示一个与平台无关的文件或目录。

构造方法：
File(String path) 如果path是实际存在的路径，则该File对象表示的是目录；如果path是文件名，则该File对象表示的是文件。
File(String path, String name) path是路径名，name是文件名。
File(File dir, String name) dir是路径对象，name是文件名。

获得文件名：
String getName() 获得文件的名称，不包括路径。
String getPath() 获得文件的路径。
String getAbsolutePath() 获得文件的绝对路径。
String getParent() 获得文件的上一级目录名。

文件属性测试:
boolean exists() 测试当前File对象所表示的文件是否存在。
boolean canWrite() 测试当前文件是否可写。
boolean canRead() 测试当前文件是否可读。
boolean isFile() 测试当前文件是否是文件。
boolean isDirectory() 测试当前文件是否是目录。

文件操作：
long lastModified() 获得文件最近一次修改的时间。
long length() 获得文件的长度，以字节为单位。
boolean delete() 删除当前文件。成功返回true，否则返回false。
boolean renameTo(File dest) 将重新命名当前File对象所表示的文件。成功返回true，否则返回false。

目录操作：
boolean mkdir() 创建当前File对象指定的目录。
String[] list() 返回当前目录下的文件和目录，返回值是字符串数组。
String[] list(FilenameFilter filter) 返回当前目录下满足指定过滤器的文件和目录，参数是实现FilenameFilter接口对象，返回值是字符串数组。
File[] listFiles() 返回当前目录下的文件和目录，返回值是File数组。
File[] listFiles(FilenameFilter filter) 返回当前目录下满足指定过滤器的文件和目录，参数是实现FilenameFilter接口对象，返回值是File数组。
File[] listFiles(FileFilter filter) 返回当前目录下满足指定过滤器的文件和目录，参数是实现FileFilter接口对象，返回值是File数组。

路径中会用到路径分隔符，路径分隔符在不同平台上是有区别的：
UNIX、Linux、macOS中使用正斜杠“/”，Windows中使用反斜杠“\”。
java支持两种写法，但是“\”属于特殊字符，前面要加转义符。

对目录操作有两个过滤器接口：FilenameFilter和FileFilter。它们都只有一个抽象方法accept：

FilenameFilter接口中的accept方法：
boolean accept(File dir, String name) 测试指定dir目录中是否包含文件名为name的文件
FileFilter接口中的accept方法：
boolean accept(File pathname) 测试指定路径名是否应该包含在某个路径名列表中。

案例：文件过滤

从指定的目录中列出文件信息。

import java.io.File;
import java.io.FilenameFilter;

public class HelloWorld {
    
    public static void main(String[] args) {
        
        // 用File对象表示一个目录,.表示当前目录
        File dir = new File("./TestDir")
        // 创建HTML文件过滤器
        Filter filter = new Filter("html");
        
        System.out.println("HTML文件目录：" + dir);
        // 列出目录TestDir下，文件后缀名为HTML的所有文件
        String files[] = dir.list(filter); //dir.list();                 
        // 遍历文件列表
        for (String fileName : files) {
            // 为目录TestDir下的文件或目录创建File对象
            File f = new File(dir, fileName);
            // 如果该f对象是文件，则打印文件名
            if (f.isFile()) {
                System.out.println("文件名：" + f.getName());
                System.out.println("文件绝对路径：" + f.getAbsolutePath());
                System.out.println("文件路径：" + f.getPath());
            } else {
                System.out.println("子目录：" + f);
            }
        }
    }
}


// 自定义基于文件扩展名的文件过滤器
class Filter implements FilenameFilter {
    
    // 文件扩展名
    String extent;
    
    // 构造方法
    Filter(String extent) {
        this.extent = extent;
    }
    
    @Override
    public boolean accept(File dir, String name) {
        // 测试文件扩展名是否为extent所指定的
        return name.endsWith("." + extent);
    }
}

在编程时尽量使用相对路径（带点“.”的），尽量不要使用绝对路径。
在目录中一个点“.”表示当前目录，两个点“…”表示父目录。

在Eclipse中，当前目录就是工程的根目录。

I/O流简介

Java将数据的输入输出（I/O）操作当作“流”来处理，“流”是一组有序的数据序列。“流”分为两种形式：
输入流：从数据源中读取数据；input
输出流：将数据写入到目的地。output

流类继承层次

以字节为单位的流称为字节流，以字符为单位的流称为字符流。
Java SE提供4个顶级抽象类，
两个字节流抽象类：InputStream和OutputStream；
两个字符流抽象类：Reader和Writer。

字节输入流

字节输入流根类是InputStream，它有很多子类：
FileInputStream 文件输入流
ByteArrayInputStream 面向字节数组的输入流
PipedInputStream 管道输入流，用于两个线程之间的数据传递
FilterInputStream 过滤输入流，它是一个装饰器扩展其他输入流
BufferedInputStream 缓冲区输入流，它是FilterInputStream的子类
DataInputStream 面向基本数据类型的输入流，它是FilterInputStream的子类

字节输出流

字节输出流根类是OutputStream，它有很多子类：
FileOutputStream 文件输出流
ByteArrayOutputStream 面向字节数组的输出流
PipedOutputStream 管道输出流，用于两个线程之间的数据传递
FilterOutputStream 过滤输出流，它是一个装饰器扩展其他输出流
BufferedOutputStream 缓冲区输出流，它是FilterOutputStream的子类
DataOutputStream 面向基本数据类型的输出流，它是FilterOutputStream的子类

字符输入流

字符输入流根类是Reader，这类流以16位的Unicode编码表示的字符为基本处理单位。它有很多子类：
FileReader 文件输入流
CharArrayReader 面向字符数组的输入流
PipedReader 管道输入流，用于两个线程之间的数据传递
FilterReader 过滤输入流，它是一个装饰器扩展其他输入流
BufferedReader 缓冲区输入流，它不是FilterReader的子类
InputStreamReader 把字节流转换为字符流，它也是一个装饰器，是FilterReader的父类

字符输出流

字符输出流根类是Writer，这类流以16位的Unicode编码表示的字符为基本处理单位。它有很多子类：
FileWriter 文件输出流
CharArrayWriter 面向字符数组的输出流
PipedWriter 管道输出流，用于两个线程之间的数据传递
FilterWriter 过滤输出流，它是一个装饰器扩展其他输出流
BufferedWriter 缓冲区输出流，它不是FilterWriter的子类
OutputStreamWriter 把字节流转换为字符流，它也是一个装饰器，是FilterWriter的父类

字节流

掌握字节流的API先要熟悉它的两个抽象类：InputStream和OutputStream

InputStream

InputStream是字节输入流的根类，它定义了很多方法：
int read() 读取一个字节，返回0到255范围内的int字节值。如果已经到达流末尾，而且没有可用的字节，返回-1。
int read(byte b[]) 读取多个字节，数据放到字节数组b中，返回值为实际读取的字节的数量，如果已经到达流尾，而且没有可用的字节，返回-1。
int read(byte b[], int off, int len) 最多读取len个字节，数据放到以下标off开始字节数组b中，将读取的第一个字节存储在元素b[off]中，下一个存储在b[off+1]中，依次类推。返回值为实际读取的字节数量，如果已经到达流尾，而且没有可用的字节，返回-1。
void close() 流操作完毕后必须关闭。
上述所有方法都可能会抛出IOException，因此使用时要注意处理异常。

OutputStream

OutputStream是字节输出流的根类，它定义了很多方法：
void write(int b) 将b写入到输出流，b是int类型占有32位，写入过程是写入b的8个低位，b的24个高位将被忽略。
void write(byte b[]) 将b.length个字节从指定字节数组b写入到输出流。
void write(byte b[], int off, int len)：把字节数组b中从下标off开始，长度为len的字节写入到输出流。
void flush() 刷空输出流，并输出所有被缓存的字节。由于某些流支持缓存功能，该方法将把缓存中所有内容强制输出到流中。
void close( ) 流操作完毕后必须关闭。
上述所有方法都声明抛出IOException，因此使用时要注意处理异常。

注意！流（包括输入流和输出流）所占用的资源，不能通过JVM的垃圾收集器回收，需要程序员自己释放。
一种方法是可以在finally代码块调用close()方法关闭流，释放流所占用的资源。
另一种方法通过自动资源管理技术管理这些流，流（包括输入流和输出流）都实现了AutoCloseable接口，可以使用自动资源管理技术。

案例：文件复制

/*
 * 将./TestDir/build.txt文件内容复制到./TestDir/subDir/build.txt。
 * ./TestDir/build.txt文件内容是AI-162.3764568
 */

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class FileCopy {
    
    public static void main(String[] args) {
        
        try (FileInputStream in = new FileInputStream("./TestDir/build.txt");
             FileOutputStream out = 
             new FileOutputStream("./TestDir/subDir/build.txt")) {
            // 准备一个缓冲区
            byte[] buffer = new byte[10];
            // 首先读取一次
            int len = in.read(buffer);
            while (len != -1) {
                String copyStr = new String(buffer); // 使用字节数组构造字符串
                // 打印复制的字符串
                System.out.println(copyStr);
                // 开始写入数据
                out.write(buffer, 0, len);
                // 再读取一次
                len = in.read(buffer);
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

// 控制台输出结果
// AI-162.376
// 456862.376

19行，准备一个缓冲区，它是字节数组。读取输入流的数据保存到缓冲区中，然后将缓冲区中的数据再写入到输出流中。

缓冲区大小（字节数组长度）多少合适？
缓冲区大小决定了一次读写操作的最多字节数，缓冲区设置的很小，会进行多次读写操作才能完成。所以如果当前计算机内存足够大，而不影响其它应用运行情况下，当然缓冲区是越大越好。本例中缓冲区大小设置的10，源文件中内容是AI162.3764568，共有14个字符，由于这些字符都属于ASCII字符，因此14个字符需要14字节描述，需要读写两次才能完成复制。

21行是第一次从输入流中读取数据，数据保存到buffer中，len是实际读取的字节数。代码29行也从输入流中读取数据。由于本例中缓冲区大小设置为10，因此这两次读取数据会把数据读完，第一次读了10个字节，第二次读了4个字节。

代码27行out.write(buffer, 0, len)是向输出流写入数据，与读取数据对应，数据写入也调用了两次，第一次len为10，将缓冲区buffer所有元素全部写入输出流；第二次len为4，将缓冲区buffer所有前4个元素写入输出流。
注意这里不要使用void write(byte b[])方法，因为它没法控制第二次写入的字节数。

使用字节缓冲流

BufferedInputStream和BufferedOutputStream
使用字节缓冲流内置了一个缓冲区，第一次调用read方法时尽可能多地从数据源读取数据到缓冲区，后续再到用read方法时先看看缓冲区中是否有数据，如果有则读缓冲区中的数据，如果没有再将数据源中的数据读入到缓冲区，这样可以减少直接读数据源的次数。通过输出流调用write方法写入数据时，也先将数据写入到缓冲区，缓冲区满了之后再写入数据目的地，这样可以减少直接对数据目的地写入次数。
使用了缓冲字节流可以减少I/O操作次数，提高效率。

BufferedInputStream的父类是FilterInputStream
BufferedOutputStream的父类是 FilterOutputStream

FilterInputStream和FilterOutputStream称为过滤流。过滤流的作用是扩展其他流，增强其功能。
过滤流实现了装饰器（Decorator）设计模式，这种设计模式能够在运行时扩充一个类的功能。而继承在编译时扩充一个类的功能。

BufferedInputStream和BufferedOutputStream增强了缓冲能力

BufferedInputStream构造方法：
BufferedInputStream(InputStream in) 通过一个底层输入流in对象创建缓冲流对象，缓冲区大小是默认的，默认值8192。
BufferedInputStream(InputStream in, int size) 通过一个底层输入流in对象创建缓冲流对象，size 指定缓冲区大小，缓冲区大小应该是2的n次幂，这样可提供缓冲区的利用率。

BufferedOutputStream构造方法：
BufferedOutputStream(OutputStream out) 通过一个底层输出流out 对象创建缓冲流对象，缓冲区大小是默认的，默认值8192。
BufferedOutputStream(OutputStream out, int size) 通过一个底层输出流out对象创建缓冲流对象，size指定缓冲区大小，缓冲区大小应该是2的n次幂，这样可提高缓冲区的利用率。

案例改造成缓冲流实现：

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;


public class FileCopyWithBuffer {
    
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("./TestDir/src.zip");
             BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);
             FileOutputStream fos =
             new FileOutputStream("./TestDir/subDir/src.zip");
             BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fos)) {
            //开始时间
            long startTime = System.nanoTime(); // 获得当前系统时间，单位纳秒
            // 准备一个缓冲区
            byte[] buffer = new byte[1024];
            // 首先读取一次
            int len = bis.read(buffer);
            while (len != -1) {
                // 开始写入数据
                bos.write(buffer, 0, len);
                // 再读取一次
                len = bis.read(buffer);
            }
            //结束时间
            long elapsedTime = System.nanoTime() - startTime;
            System.out.println("耗时：" + (elapsedTime / 1000000.0) + " 毫秒");
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

12行是创建文件输入流，它是一个底层流，通过它构造缓冲输入流（13行）

在程序代码第20行也指定了缓冲区buffer，这个缓冲区与缓冲流内置缓冲区不同，决定是否进行I/O操作次数的是缓冲流内置缓冲区，不是这个缓冲区。

这两个代码相比，使用缓冲流的FileCopyWithBuffer（94.927181）明显要比不使用缓冲流的FileCopy（206.087523毫秒）速度快。

字符流

掌握字符流的API先要熟悉它的两个抽象类：Reader和Writer。

Reader抽象类

字符输入流的根类。

int read() 读取一个字符，返回值范围在0~65535(0x00~0xffff)之间。如果因为已经到达流末尾，返回-1。
int read(char[] cbuf) 将字符读入到数组cbuf中，返回值为实际读取的字符的数量，如果因为已经到达流末尾，返回-1。
int read(char[] cbuf, int off, int len) 最多读取len个字符，数据放到以下标off开始字符数组cbuf 中，将读取的第一个字符存储在元素cbuf[off]中，下一个存储在cbuf[off+1]中，依次类推。返回值为实际读取的字符的数量，如果因为已经到达流末尾，返回-1。
void close()：流操作完毕后必须关闭。
上述所有方法都声明了抛出IOException，因此使用时要注意处理异常。

Writer抽象类

字符输出流的根类。

void write(int c) 将整数值为c的字符写入到输出流，c是int类型占有32位，写入过程是写入c的16个低位，c的16个高位将被忽略。
void write(char[] cbuf) 将字符数组cbuf写入到输出流。
void write(char[] cbuf, int off, int len) 把字符数组cbuf中从下标off开始，长度为len的字符写入到输出流。
void write(String str) 将字符串str中的字符写入输出流。
void write(String str, int off, int len) 将字符串str 中从索引off开始处的len个字符写入输出流。
void flush() 刷空输出流，并输出所有被缓存的字符。由于某些流支持缓存功能，该方法将把缓存中所有内容强制输出到流中。
void close( ) 流操作完毕后必须关闭。
上述所有方法都可以会抛出IOException，因此使用时要注意处理异常。

Reader和Writer都实现了AutoCloseable接口，可以使用自动资源管理技术自动关闭它们。

案例：文件复制

数据源是文件，所以会用到文件输入流FileReader，数据目的地也是文件，所以会用到文件输出流 FileWriter。

FileReader构造方法：
FileReader(String fileName) 创建FileReader对象，fileName是文件名。如果文件不存在则抛出FileNotFoundException异常。
FileReader(File file) 通过File对象创建FileReader对象。如果文件不存在则抛出FileNotFoundException异常。

FileWriter构造方法：
FileWriter(String fileName) 通过指定fileName文件名创建FileWriter对象。如果fileName文件存在，但如果是一个目录或文件无法打开则抛出FileNotFoundException异常。
FileWriter(String fileName, boolean append) 通过指定fileName文件名创建FileWriter对象，append参数如果为 true，则将字符写入文件末尾处。如果fileName文件存在，但如果是一个目录或文件无法打开则抛出FileNotFoundException异常。
FileWriter(File file) 通过File对象创建FileWriter对象。如果file文件存在，但如果是一个目录或文件无法打开则抛出FileNotFoundException异常。
FileWriter(File file, boolean append) 通过File对象创建FileWriter对象，append参数如果为true，则将字符写入文件末尾处，而不是写入文件开始处。如果file文件存在，但如果是一个目录或文件无法打开则抛出FileNotFoundException异常。

字符文件流只能复制文本文件，不能是二进制文件。

// 还是那个复制案例...只是换了字符流

import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;

public class FileCopy {
    
    public static void main(String[] args) {
        try (FileReader in = new FileReader("./TestDir/build.txt");
             FileWriter out = new FileWriter("./TestDir/subDir/build.txt")) {
            // 准备一个缓冲区
            char[] buffer = new char[10];
            // 首先读取一次
            int len = in.read(buffer);
            while (len != -1) {
                String copyStr = new String(buffer);
                // 打印复制的字符串
                System.out.println(copyStr);
                // 开始写入数据
                out.write(buffer, 0, len);
                // 再读取一次
                len = in.read(buffer);
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

使用字符缓冲流

BufferedReader和BufferedWriter称为字符缓冲流。

BufferedReader特有方法和构造方法：
String readLine() 读取一个文本行，如果因为已经到达流末尾，返回null。
BufferedReader(Reader in) 构造方法，通过一个底层输入流in对象创建缓冲流对象，缓冲区大小是默认的，默认值8192。
BufferedReader(Reader in, int size) 构造方法，通过一个底层输入流in对象创建缓冲流对象，size 指定缓冲区大小，缓冲区大小应该是2的n次幂，这样可提高缓冲区的利用率。

BufferedWriter特有方法和构造方法：
void newLine() 写入一个换行符。
BufferedWriter(Writerout) 构造方法，通过一个底层输出流out 对象创建缓冲流对象，缓冲区大小是默认的，默认值8192。
BufferedWriter(Writerout, int size) 构造方法，通过一个底层输出流out对象创建缓冲流对象，size指定缓冲区大小，缓冲区大小应该是2的n次幂，这样可提高缓冲区的利用率。

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;

public class FileCopyWithBuffer {
    
    public static void main(String[] args) {
        try (FileReader fis = new FileReader("./TestDir/JButton.html");
             BufferedReader bis = new BufferedReader(fis); 
             FileWriter fos = new FileWriter("./TestDir/subDir/JButton.html");
             BufferedWriter bos = new BufferedWriter(fos)) {
            // 首先读取一行文本
            String line = bis.readLine();
            while (line != null) {
                // 开始写入数据
                bos.write(line);
                // 写一个换行符
                bos.newLine();
                // 再读取一行文本
                line = bis.readLine();
            }
            System.out.println("复制完成");
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

16行，通过字节缓冲流readLine方法读取一行文本，当读取的文本为null时，说明流已经读完。
输入流的readLine方法会丢掉一个换行符或回车符，为了保持复制结果完全一样，需要在写完一个文本后，调用输出流的newLine方法写入一个换行符。

字节流转换字符流

有时需要将字节流转换为字符流，InputStreamReader和OutputStreamWriter是为实现这种转换而设计的。

InputStreamReader构造方法：
InputStreamReader(InputStream in) 将字节流in转换为字符流对象，字符流使用默认字符集。
InputStreamReader(InputStream in, String charsetName) 将字节流in转换为字符流对象，charsetName指定字符流的字符集，字符集主要有：US-ASCII、ISO-8859-1、UTF-8和UTF-16。如果指定的字符集不支持会抛出UnsupportedEncodingException异常。

OutputStreamWriter构造方法：
OutputStreamWriter(OutputStream out) 将字节流out转换为字符流对象，字符流使用默认字符集。
OutputStreamWriter(OutputStream out, String charsetName)：将字节流out转换为字符流对象，charsetName指定字符流的字符集，如果指定的字符集不支持会抛出UnsupportedEncodingException异常。

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;

public class FileCopyWithBuffer {
    
    public static void main(String[] args) {
        try ( // 创建字节文件输入流对象
            FileInputStream fis = new FileInputStream("./TestDir/JButton.html");
            // 创建转换流对象
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis);
            // 创建字符缓冲输入流对象
            BufferedReader bis = new BufferedReader(isr);
            // 创建字节文件输出流对象
            FileOutputStream fos = 
            new FileOutputStream("./TestDir/subDir/JButton.html");
            // 创建转换流对象
            OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(fos);
            // 创建字符缓冲输出流对象
            BufferedWriter bos = new BufferedWriter(osw)) {
            // 首先读取一行文本
            String line = bis.readLine();
            while (line != null) {
                // 开始写入数据
                bos.write(line);
                // 写一个换行符
                bos.newLine();
                // 再读取一行文本
                line = bis.readLine();
            }
            System.out.println("复制完成");
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

try里面，流从一个文件字节流，构建转换流，再构建缓冲流，这个过程比较麻烦，在I/O流开发过程中经常遇到这种流的“链条”。

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