JavaIO流：概述

在接触 IO 流前，无论是 变量的声明、数组的创建，又或者是复杂的并发设计还是 Jvm 的性能调优，我们更多的还是和内存打交道。但我们知道计算机组成包括运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备。也就是不仅仅只有内存和 CPU，所以程序设计语言必须要提供程序与外部设备交互的方式，这就是 IO 框架的由来。我们需要和外部设备进行数据的交互。

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本篇内容包括：关于 IO 流、关于 Java IO 流、Java IO 层次体系结构

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一、关于 IO 流

1、IO 流的作用

在接触 IO 流前，无论是 变量的声明、数组的创建，又或者是复杂的并发设计还是 Jvm 的性能调优，我们更多的还是和内存打交道。但我们知道计算机组成包括运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备。也就是不仅仅只有内存和 CPU，所以程序设计语言必须要提供程序与外部设备交互的方式，这就是 IO 框架的由来。我们需要和外部设备进行数据的交互。

2、IO 流的介绍

我们的系统和外部的交互主要依赖于 比特流（数据线里传播），比特就是 bit 的谐音，计算机中“位”的意思，代表 0 或 1。1 位或者 1bit，就是一个 0 或一个 1。但是，毕竟 0 或 1 不能表示什么，所以计算机更常见的基本单位是字节，也就是用 8 位 0 或 1 组成的一段数据。

既然计算机和外界进行信息的输入和输出交互，用的是比特流，那么很容易就能想到 IO 流名字的由来了。就是比喻输入输出的数据像流一样。我们可以这么认为，任何外部设备与内存之间输入输出的操作，都是需要输入输出流（IO流）来完成的，这里的 IO 流，指的就是比特流（或者称字节流。这些外部设备，包括，键盘（标准输入设备）、显示器（标准输出设备）、音响、网络上另一台主机，甚至你玩游戏用的游戏手柄，以及各种各样的信号传感器，都可以叫做外部设备，和这些设备之间进行数据交互，显然不可能靠之前学习的那些数组，集合，常用类，String 等等来完成。而是要靠和外界数据交换的类来完成。靠什么来进行数据交换，就是前面说的，比特流，或者说 IO 流类。

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二、关于 Java IO 流

Java 对数据的操作是通过流的方式，IO 流用来处理设备之间的数据传输，上传文件和下载文件，Java 用于操作流的对象都在 IO 包中。

1、关于 Java 文件IO

既然要学习 IO 流，就得针对某一个输入输出设备来学习。哪种输入输出设备最重要同时也最常见？当然是硬盘。硬盘在这里的含义也可以理解为文件系统。（Java 程序是运行在某操作系统平台上的应用软件 JVM 上的，实际上 Java 程序可见的并不是硬盘，而是操作系统提供的文件系统，因此此处可直接理解为文件系统）。因此，我们学习 IO 流的时候，基本上是学习的 Java 如何操作文件系统，除了文件系统，我们还能够了解 Java 操作标准输入输出设备，如 System.in 和 System.out。

2、输入输出流

API 提供了两个顶层抽象类，用来表示操作所有的输入输出：InputStream、OutputStream。并且，这两个类表示字节的输入输出，因为输入输出的本质是字节流。这里注意体会一句话“字节流是最最基本的流”，这句话的由来就是因为计算机底层传递的就是字节。

当我们要操作文件的时候，就需要具体的对文件系统操作的 IO 实现类，于是就有了 FileInputStream 和 FileOutputStream，它们是文件输入输出字节流。这里之所以 FileInputStream/OutputStream 作为子类出现，按照面向对象思想理解就是，将来还有别的字节流来操作别的设备（比如将来需要通过操作网络设备获取网络数据，再比如需要操作机器人，那么或许就会再来个 RobotInputStream 和 RobotOutputStream，这些新的需求也就都可以继承这个体系）

3、缓冲流

学了文件 IO 字节流之后，我们会发现原始的字节流对象用起来没那么高效，因为每个读或写请求都由底层操作系统处理，这些请求往往会触发磁盘访问、网络活动或其他一些相对昂贵的操作。不带缓冲区的流对象，只能一个字节一个字节的读，每次都调用底层的操作系统 API，非常低效，而带缓冲区的流对象，可以一次读一个缓冲区，缓冲区空了才去调用一次底层 API，这就能大大提高效率。所以又有了 BufferedInputStream 和 BufferedOutputSteam，他们的用法是把字节流对象传入后再使用，也相当于把它俩套在了字节流的外面，给字节流装了个“外挂”，让基本字节流如虎添翼。

4、Reader 和 Writer

人们需要有能够处理字符的类，或者说这个类提供一个功能：就是把输入的字节转成字符，把要输出的字符转成计算机可以识别的字节。所以，你需要两个转换流：InputStreamReader 和 OutputStreamWriter。这两个类的作用分别是把字节流转成字符流，把字符流转成字节流。但是这两个流需要套在现成的字节流上才能使用，当中用到的设计模式也就是常说的装饰模式。当字节流被转成字符流之后，恭喜你，你可以不必操作字节流了，而是可以用人类的方式 read 和 write 各种“文字”。

还是回到文件系统，我们最常见的是和文件系统打交道，那么针对如此常见的用途，读取文本文件能不能用一种方便的方式呢？当然，大牛们替你想到并提供了。FileReader和FileWriter这两个流对象可以直接把文件转成读取、写入流。让你省去了创建字节流，再套上转换流的步骤。看看这类名起的，实际上很形象，xxxReader 和 xxxWriter，明摆着告诉你“阅读和书写”都是“人可以做的”也就是他们表示的是字符流。同理上面的 InputStreamReader 和 OutputStreamWriter，表示的是把字节流转成人可读的，把字节流转成人可写的。因此他们的顶层抽象类：Reader 和 Writer，表示的是所有人类可读可写的字符流统称。

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三、Java IO 层次体系结构

在整个 Java.io 包中最重要的就是 5 个类和一个接口。5个类指的是 File、OutputStream、InputStream、Writer、Reader；一个接口指的是 Serializable 掌握了这些 IO 的核心操作那么对于 Java 中的 IO 体系也就有了一个初步的认识了

Java I/O主要包括如下几个层次，包含三个部分：

• 流式部分：IO 的主体部分；
• 非流式部分：主要包含一些辅助流式部分的类，如：File类、RandomAccessFile类和FileDescriptor等类；
• 其他类：文件读取部分的与安全相关的类，如：SerializablePermission类，以及与本地操作系统相关的文件系统的类，如：FileSystem 类。

主要的类如下：

1. File（文件特征与管理）：用于文件或者目录的描述信息，例如生成新目录，修改文件名，删除文件，判断文件所在路径等。

2. InputStream（二进制格式操作）：抽象类，基于字节的输入操作，是所有输入流的父类。定义了所有输入流都具有的共同特征。

3. OutputStream（二进制格式操作）：抽象类。基于字节的输出操作。是所有输出流的父类。定义了所有输出流都具有的共同特征。

Java 中字符是采用 Unicode 标准，一个字符是 16 位，即一个字符使用两个字节来表示。为此，Java 中引入了处理字符的流。

4. Reader（文件格式操作）：抽象类，基于字符的输入操作。

5. Writer（文件格式操作）：抽象类，基于字符的输出操作。

6. RandomAccessFile（随机文件操作）：它的功能丰富，可以从文件的任意位置进行存取（输入输出）操作。