Java中I/O輸入輸出實例分析

前言

在變數、陣列和物件中儲存的資料是暫時存在的，程式結束後它們就會遺失。為了能夠永久保存已建立的數據，需要將其保存在磁碟檔案中，這樣就可以在其他程式中使用它們。 Java的I/O技術可以將資料保存到文字檔案、二進位檔案甚至是ZIP壓縮檔案中，已達到永久性保存資料的要求。掌握I/O處理技術能夠提升對資料的處理能力。

一、流概述

流是一組有序的資料序列，根據操作的類型，可分為輸入流和輸出流兩種。 I/O（Input/Output，輸入/輸出）流提供了一條通道程序，可以使用這條通道把來源中的位元組序列送到目的地。雖然I/O流通常與磁碟檔案存取有關，但是程式的來源和目的地也可以是鍵盤、滑鼠、記憶體或顯示器視窗等。
Java由資料流處理輸入/輸出模式，程式從指向來源的輸入流讀取來源中的數據，來源可以是檔案、網路、壓縮套件或其他資料來源。
輸出流的指向是資料要到達的目的地，程式透過寫入資料流寫入資料把訊息到目的地。

二、輸入/輸出流

Java語言定義了許多類別專門負責各種方式的輸入/輸出，這類類別都被放在java.io套件中。其中，所有輸入流類別都是抽象類別InputStream(位元組輸入流)或抽象類別Reader(字元輸入流)的子類別；而所有輸出流都是抽象類別OutputStream(位元組輸出流)或抽象類別Writer(字元輸出流)的子類別。

1、輸入流

InputStream類別是位元組輸入流的抽象類，是所有位元組輸入流的父類。 InputStream類別的具體層次結構如下所示。
該類別中所有方法遇到錯誤時都會引發IOException異常。下面是對該類別中的一些方法的簡要說明。

read()方法：從輸入流讀取資料的下一個位元組。傳回0-255範圍內的int位元組值。如果因為已經到達流末尾而沒有可用的字節，則傳回值為-1。
read(byte[] b)：從輸入流中讀入一定長度的位元組，並以整數的形式傳回位元組數。
mark(int readlimit)方法：在輸入流的目前位置放置一個標記，readlimit參數告知此輸入流在標記位置失效之前允許讀取的位元組數。
reset()方法：將輸入指標傳回目前所做的標記處。
skip(long n)方法：跳過輸入流上的n個位元組並傳回實際跳過的位元組數。
markSupported()方法：如果目前流支援mark()/reset()操作就回傳true。
close方法：關閉此輸入流並釋放與該流關聯的所有系統資源。

Java中的字元是Unicode編碼，是雙位元組的。 InputStream是用來處理位元組的，而且不適合處理字元文字。 Java為字元文字的輸入特別提供了一套單獨的類別Reader，但Reader類別並不是InputStream類別的替換者，只是處理字串時簡化了程式設計。 Reader類別是字元輸入流的抽象類別，所有字元輸入流的實作都是它的子類別。

Reader類別中的方法與InputStream類別中的方法類似，讀者在需要時可查看JDK文檔。

2、輸出流

OutputStream類別是位元組輸出流的抽象類，此抽象類別是表示輸出位元組流的所有類別的超類別。
OutputStream類別中的所有方法均傳回void，在遇到錯誤時會引發IoException異常。以下對OutputStream類別中的方法作簡單的介紹。

write(int b)方法：將指定的位元組寫入此輸出流。
write(byte[] b)方法：將b個位元組從指定的byte陣列寫入此輸出流。
write(byte[] b,int off, int len)方法：將指定byte數組中從偏移量off開始的len個位元組寫入此輸出流。
flush()方法：徹底完成輸出並清空快取區。
close()方法：關閉輸出流。

三、File類別

File類別是java.io套件中唯一代表磁碟檔案本身的物件。 File類別定義了一些與平台無關的方法來操作文件，可以透過呼叫File類別中的方法，實現創建、刪除、重新命名文件等操作。 File類別的物件主要用來取得檔案本身的一些訊息，如檔案所在的目錄、檔案的長度、檔案讀寫權限等。資料流可以將資料寫入到檔案中，檔案也是資料流最常用的資料媒體。

1、檔案的建立與刪除

可以使用File類別建立一個檔案物件。通常使用以下3種構造方法來建立文件物件。

1、File(String pathname)

此建構方法透過將給定路徑名字串轉換為抽象路徑名來建立一個新File實例。

語法如下：

new File(String pathname);

其中，pathname指定路徑名稱（包含檔案名稱）。例如：

File file = new File(“d:/1.txt”);

2、File(String parent,String child)

此建構方法根據定義的父路徑和子路徑字串（包含檔案名稱）建立一個新的File物件。

語法如下：

new File(String parent,String child);

3、File(File f,String child)

此建構方法根據Parent抽象路徑名和child路徑名稱字串建立新的File實例。

語法如下：

new File(File f,String child);

2、取得檔案資訊

File類提供了很多方法用於獲取一些文件本身的資訊。如下表

方法| 傳回值| 說明
-------- | -----
getName() | String| 取得檔案的名稱
canReda()| boolean |判斷檔案是否為可讀的
canWrite()| boolean | 判斷檔案是否可寫入
exits()|boolean | 判斷檔案是否存在
length()|long | 取得檔案的長度（以位元組為單位）
getAbsolutePath() | String | 取得檔案的絕對路徑
getParent() | String | 取得檔案的父路徑
isFile() | boolean | 判斷文件是否存在
isDirectory() | boolean | 判斷檔案是否為一個目錄
isHidden() | boolean | 判斷檔案是否為隱藏檔案
lastModified() | long | 取得檔案最後修改時間

四、檔案輸入/輸出流

程式運作期間，大部分資料都在記憶體中進行操作，當程式結束或關閉時，這些資料將會消失。如果需要將資料永久保存，可使用文件輸入/輸出流與指定的文件建立連接，將所需的資料永久保存到文件中。

1、FillInputStream與FileOutputStream類別

FileInputStream類別與FileOUtputStream類別都用來操作磁碟檔案。如果使用者的檔案讀取需求比較簡單，則可以使用FileInputString類，則該類別繼承自InputString類別。 FileOutputStream類別與FileInputStream類別對應，提供了基本的檔案寫入能力。 FileOutputStream類別是OutputStream類別的子類別。
FileInputStream類別常用的建構方法如下：

FileInputStream(String name)
FileInputStream(File file)

2、FileReader和FileWriter類別

使用FileOutputStream類別向檔案中寫入資料與使用FileInputStream類別從檔案中將內容讀出來，都存在一點不足，即這兩個類別都只提供了對位元組或位元組數組的讀取方法。由於漢子在檔案中佔用兩個位元組，如果使用位元組流，讀取不好可能會出現亂碼現象，此時採用字元流Reader或Writer類別即可避免這種現象。

FileReader和FileWriter字元流對應了FileInputStream和FileOutputStream類別。 FileReader流依序讀取文件，只要不關閉流，每次呼叫read()方法就會依序讀取來源中其餘的內容，直到來源的末端或流被關閉。

五、有快取的輸入/輸出流

快取是I/O的一種效能最佳化。快取流為I/O流增加了記憶體快取區。有了快取區，使得在流上執行skip()、mark()和reset()方法都成為可能。

1、BufferedInputStream與BufferedOutputStream類別

BufferedInputStream類別可以對所有InputStream類別進行緩衝區的包裝以達到效能的最佳化。 BufferedInputStream類別有兩個建構方法：

BufferedInputStream(InputStream in)
BufferedInputStream(InputStream in,int size)

#第一種建構方法來建立一個有32個位元組的快取區，第二種建構方法以指定的大小來建立快取區。

2、BufferedReader與BufferedWriter類別

BufferedReader類別與BufferedWriter類別分別繼承Reader類別與Writer類別。這兩個類別同樣具有內部快取機制，並且可以以行為單位進行輸入/輸出。

六、資料輸入/輸出流

資料輸入/輸出流(DataInputStream類別與DataOutputStream類別)允許應用程式以與機器無關的方式從底層輸入流中讀取基本Java數據類型。也就是說，當讀取一個資料時，就不必再關心這個數值應該是哪種位元組。

七、ZIP壓縮輸入/輸出流

ZIP壓縮管理檔(ZIP archive)是一種十分典型的檔案壓縮形式，使用它可以節省儲存空間。關於ZIP壓縮的I/O實現，在Java的內建類別中提供了非常好用的相關類，所以其實現方式非常簡單。本節將介紹使用java.util.zip套件中的ZipOutputStream與ZipInputStream類別來實作檔案的壓縮/解壓縮。如要從ZIP壓縮管理文件內讀取某個文件，要先找到對應文件的「目錄進入點」（從它可知該文件在ZIP文件內的位置），才能讀取這個文件的內容。如果要將檔案內容寫入ZIP檔案內，必須先寫入對應於該檔案的“目錄進入點”，並且將要寫入檔案內容的位置移到此進入點所指的位置，然後再寫入文件內容。

Java实现了I/O数据流与网络数据流的单一接口，因此数据的压缩、网络传输和解压缩的实现比较容易。ZipEntry类产生的对象，是用来代表一个ZIP压缩文件内的进入点（entry）。ZipInputStream用来写出ZIP压缩格式的文件，所支持的包括已压缩及未压缩的进入点（entry）。

ZipOutputStream类用来写出ZIp压缩格式的文件，而且所支持的包括已压缩及未压缩的进入点（entry）。下面介绍利用ZipEntry、

ZipInputStream和ZipOutputStream3个Java类实现ZIP数据压缩方式的编程方法。

1、压缩文件

利用ZipOutputStream类对象，可将文件压缩为.zip文件。ZipOutputStream类的构造方法如下：

ZipOutputStram(OutputStream out);

ZipOutputStream类的常用方法如表所示：

方法	返回值	说明
putNextEntry(ZipEntry e)	void	开始写一个新的ZipEntry，并将流内的位置移至此entry所指数据的开头
write(byte[] b,int off,int len)	void	将字节数组写入当前ZIP条目数据
finish()	void	完成写入ZIP输出流的内容，无须关闭它所配合的OutputStream
setComment(String comment)	void	可设置此ZIP文件的注释文字

2、解压缩ZIP文件

ZipInputStream类可读取ZIP压缩格式的文件，包括已压缩和未压缩的条目（entry）。ZipInputStream类的构造方法如下：

ZipInputStream(InputStream in)

ZipInputStream类的常用方法如下表所示：

方法	返回值	说明
read(byte[] b, int off , int len)	int	读取目标b数组内off偏移量的位置，长度是len字节
available()	int	判断是否已读完目前entry所指定的数据。已读完返回0，否则返回1
closeEntry()	void	关闭当前ZIP条目并定位流以读取下一个条目
skip(long n)	long	跳过当前ZIP条目中指定的字节数
getNextEntry()	ZipEntry	读取下一个ZipEntry，并将流内的位置移至该entry所指数据的开头
createZipEntry(String name)	ZipEntry	以指定的name参数新建一个ZipEntry对象

补充：获取目录下的所有目录和文件

示例：假设目录“D:\TestDir1”下有两个文件夹（dir1 和 dir2）和一个文件 file1.txt 。

File[] listFiles()方法：获取该目录下的所有子目录和文件，返回File类数组。

import java.io.File;
 
/**
 * 获取目录下的所有目录和文件
 * @author pan_junbiao
 **/
public class DirFileTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        File file = new File("D:\\TestDir1");
 
        //判断目录是否存在
        if (!file.exists())
        {
            System.out.println("目录不存在");
            return;
        }
 
        //获取文件数组
        File[] fileList = file.listFiles();
        for (int i = 0; i < fileList.length; i++)
        {
            //判断是否为目录
            if (fileList[i].isDirectory())
            {
                System.out.println("目录：" + fileList[i].getName());
            }
            else
            {
                System.out.println("文件：" + fileList[i].getName());
            }
        }
    }
}

执行结果：

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