【Java基础】File类与IO流

File类与IO流

1. java.io.File类的使用

1.1 概述

• File类及本章下的各种流，都定义在java.io包下。
• 一个File对象代表硬盘或网络中可能存在的一个文件或者文件目录（俗称文件夹），与平台无关
• File 能新建、删除、重命名文件和目录，但 File 不能访问文件内容本身。如果需要访问文件内容本身，则需要使用输入/输出流。
  • File对象可以作为参数传递给流的构造器。
• 想要在Java程序中表示一个真实存在的文件或目录，那么必须有一个File对象，但是Java程序中的一个File对象，可能没有一个真实存在的文件或目录。

1.2 构造器

• public File(String pathname) ：以pathname为路径创建File对象，可以是绝对路径或者相对路径，如果pathname是相对路径，则默认的当前路径在系统属性user.dir中存储。
• public File(String parent, String child) ：以parent为父路径，child为子路径创建File对象。
• public File(File parent, String child) ：根据一个父File对象和子文件路径创建File对象

关于路径：

• 绝对路径：从盘符开始的路径，这是一个完整的路径。
• 相对路径：相对于项目目录的路径，这是一个便捷的路径，开发中经常使用。
  • IDEA中，main中的文件的相对路径，是相对于"当前工程"
  • IDEA中，单元测试方法中的文件的相对路径，是相对于"当前module"

注意：

1. 无论该路径下是否存在文件或者目录，都不影响File对象的创建。

2. window的路径分隔符使用“\”，而Java程序中的“\”表示转义字符，所以在Windows中表示路径，需要用“\”。或者直接使用“/”也可以，Java程序支持将“/”当成平台无关的路径分隔符。或者直接使用File.separator常量值表示。比如：

   File file2 = new File(“d:” + File.separator + “BG” + File.separator + “info.txt”);

3. 当构造路径是绝对路径时，那么getPath和getAbsolutePath结果一样

   当构造路径是相对路径时，那么getAbsolutePath的路径 = user.dir的路径 + 构造路径

1.3 作用

可以通过File类做一些对系统文件或目录进行创建、重命名、删除等操作。如果需要读取内容则需要与其他IO类搭配使用。

如果File对象代表的文件或目录存在，则File对象实例初始化时，就会用硬盘中对应文件或目录的属性信息（例如，时间、类型等）为File对象的属性赋值，否则除了路径和名称，File对象的其他属性将会保留默认值。

API中说明：delete方法，如果此File表示目录，则目录必须为空才能删除。

2. IO流原理及流的分类

2.1 流的分类

java.io包下提供了各种“流”类和接口，用以获取不同种类的数据，并通过标准的方法输入或输出数据。

• 按数据的流向不同分为：输入流和输出流。

  • 输入流 ：把数据从其他设备上读取到内存中的流。
    • 以InputStream、Reader结尾
  • 输出流 ：把数据从内存 中写出到其他设备上的流。
    • 以OutputStream、Writer结尾

• 按操作数据单位的不同分为：字节流（8bit）和字符流（16bit）。

  • 字节流 ：以字节为单位，读写数据的流。
    • 以InputStream、OutputStream结尾
  • 字符流 ：以字符为单位，读写数据的流。
    • 以Reader、Writer结尾

• 根据IO流的角色不同分为：节点流和处理流。

  • 节点流：直接从数据源或目的地读写数据

    

  • 处理流：不直接连接到数据源或目的地，而是“连接”在已存在的流（节点流或处理流）之上，通过对数据的处理为程序提供更为强大的读写功能。

    

小结：图解

2.3 流的API

• Java的IO流共涉及40多个类，实际上非常规则，都是从如下4个抽象基类派生的。

• 由这四个类派生出来的子类名称都是以其父类名作为子类名后缀。

常用的节点流：

• 文件流： FileInputStream、FileOutputStrean、FileReader、FileWriter
• 字节/字符数组流： ByteArrayInputStream、ByteArrayOutputStream、CharArrayReader、CharArrayWriter
  • 对数组进行处理的节点流（对应的不再是文件，而是内存中的一个数组）。

常用处理流：

• 缓冲流：BufferedInputStream、BufferedOutputStream、BufferedReader、BufferedWriter
  • 作用：增加缓冲功能，避免频繁读写硬盘，进而提升读写效率。
• 转换流：InputStreamReader、OutputStreamReader
  • 作用：实现字节流和字符流之间的转换。
• 对象流：ObjectInputStream、ObjectOutputStream
  • 作用：提供直接读写Java对象功能

3. 节点流之一：FileReader\FileWriter

3.1 Reader与Writer

Java提供一些字符流类，以字符为单位读写数据，专门用于处理文本文件。不能操作图片，视频等非文本文件。

常见的文本文件有如下的格式：.txt、.java、.c、.cpp、.py等

注意：.doc、.xls、.ppt这些都不是文本文件。

注意：当完成流的操作时，必须调用close()方法，释放系统资源，否则会造成内存泄漏。

1. 因为出现流资源的调用，为了避免内存泄漏，需要使用try-catch-finally处理异常
2. 对于输入流来说，File类的对象必须在物理磁盘上存在，否则执行就会报FileNotFoundException。如果传入的是一个目录，则会报IOException异常。
3. 对于输出流来说，File类的对象是可以不存在的。如不存在，则会自动创建File类的对象；如存在，则会按照参数覆盖或追加写文件。

3.3 关于flush（刷新）

因为内置缓冲区的原因，如果FileWriter不关闭输出流，无法写出字符到文件中。但是关闭的流对象，是无法继续写出数据的。如果我们既想写出数据，又想继续使用流，就需要flush() 方法了。

• flush() ：刷新缓冲区，流对象可以继续使用。
• close() ：先刷新缓冲区，然后通知系统释放资源。流对象不可以再被使用了。

注意：即便是flush()方法写出了数据，操作的最后还是要调用close方法，释放系统资源。

举例：

public class FWWriteFlush {
    //注意：应该使用try-catch-finally处理异常。这里出于方便阅读代码，使用了throws的方式
    @Test
    public void test() throws IOException {
        // 使用文件名称创建流对象
        FileWriter fw = new FileWriter("fw.txt");
        // 写出数据，通过flush
        fw.write('刷'); // 写出第1个字符
        fw.flush();
        fw.write('新'); // 继续写出第2个字符，写出成功
        fw.flush();

        // 写出数据，通过close
        fw.write('关'); // 写出第1个字符
        fw.close();
        fw.write('闭'); // 继续写出第2个字符,【报错】java.io.IOException: Stream closed
        fw.close();
    }
}
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4. 节点流之二：FileInputStream\FileOutputStream

如果我们读取或写出的数据是非文本文件，则Reader、Writer就无能为力了，必须使用字节流。

5. 处理流之一：缓冲流

• 为了提高数据读写的速度，Java API提供了带缓冲功能的流类：缓冲流。
• 缓冲流要“套接”在相应的节点流之上，根据数据操作单位可以把缓冲流分为：
  • 字节缓冲流：BufferedInputStream，BufferedOutputStream
  • 字符缓冲流：BufferedReader，BufferedWriter
• 缓冲流的基本原理：在创建流对象时，内部会创建一个缓冲区数组（缺省使用8192个字节(8Kb)的缓冲区），通过缓冲区读写，减少系统IO次数，从而提高读写的效率。

5.1 构造器

代码举例：

// 创建字节缓冲输入流
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("abc.jpg"));
// 创建字节缓冲输出流
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("abc_copy.jpg"));
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// 创建字符缓冲输入流
BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("br.txt"));
// 创建字符缓冲输出流
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("bw.txt"));
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5.2 字符缓冲流特有方法

字符缓冲流的基本方法与普通字符流调用方式一致，不再阐述，我们来看它们具备的特有方法。

• BufferedReader：public String readLine(): 读一行文字。
• BufferedWriter：public void newLine(): 写一行行分隔符,由系统属性定义符号。

说明：

1. 涉及到嵌套的多个流时，如果都显式关闭的话，需要先关闭外层的流，再关闭内层的流

2. 其实在开发中，只需要关闭最外层的流即可，因为在关闭外层流时，内层的流也会被关闭。

6. 处理流之二：转换流

6.1 转换流的理解

作用：转换流是字节与字符间的桥梁！

具体来说：

6.2 InputStreamReader 与 OutputStreamWriter

• InputStreamReader

  • 转换流java.io.InputStreamReader，是Reader的子类，是从字节流到字符流的桥梁。它读取字节，并使用指定的字符集将其解码为字符。它的字符集可以由名称指定，也可以接受平台的默认字符集。

  • 构造器

    • InputStreamReader(InputStream in): 创建一个使用默认字符集的字符流。
    • InputStreamReader(InputStream in, String charsetName): 创建一个指定字符集的字符流。

• OutputStreamWriter

  • 转换流java.io.OutputStreamWriter ，是Writer的子类，是从字符流到字节流的桥梁。使用指定的字符集将字符编码为字节。它的字符集可以由名称指定，也可以接受平台的默认字符集。

7. 处理流之三/四：数据流、对象流

7.1 数据流与对象流说明

• 数据流：DataOutputStream、DataInputStream

  • DataOutputStream：允许应用程序将基本数据类型、String类型的变量写入输出流中

  • DataInputStream：允许应用程序以与机器无关的方式从底层输入流中读取基本数据类型、String类型的变量。

• 数据流的弊端：只支持Java基本数据类型和字符串的读写，而不支持其它Java对象的类型。而ObjectOutputStream和ObjectInputStream既支持Java基本数据类型的数据读写，又支持Java对象的读写，所以重点介绍对象流ObjectOutputStream和ObjectInputStream。

• 对象流：ObjectOutputStream、ObjectInputStream

  • ObjectOutputStream：将 Java 基本数据类型和对象写入字节输出流中。通过在流中使用文件可以实现Java各种基本数据类型的数据以及对象的持久存储。
  • ObjectInputStream：ObjectInputStream 对以前使用 ObjectOutputStream 写出的基本数据类型的数据和对象进行读入操作，保存在内存中。

说明：对象流的强大之处就是可以把Java中的对象写入到数据源中，也能把对象从数据源中还原回来。

7.2 认识对象序列化机制

1、何为对象序列化机制？

对象序列化机制允许把内存中的Java对象转换成平台无关的二进制流，从而允许把这种二进制流持久地保存在磁盘上，或通过网络将这种二进制流传输到另一个网络节点。当其它程序获取了这种二进制流，就可以恢复成原来的Java对象。

• 序列化过程：用一个字节序列可以表示一个对象，该字节序列包含该对象的类型和对象中存储的属性等信息。字节序列写出到文件之后，相当于文件中持久保存了一个对象的信息。

• 反序列化过程：该字节序列还可以从文件中读取回来，重构对象，对它进行反序列化。对象的数据、对象的类型和对象中存储的数据信息，都可以用来在内存中创建对象。

2、序列化机制的重要性

序列化是 RMI（Remote Method Invoke、远程方法调用）过程的参数和返回值都必须实现的机制，而 RMI 是 JavaEE 的基础。因此序列化机制是 JavaEE 平台的基础。

序列化的好处，在于可将任何实现了Serializable接口的对象转化为字节数据，使其在保存和传输时可被还原。

3、实现原理

• 序列化：用ObjectOutputStream类保存基本类型数据或对象的机制。方法为：

  • public final void writeObject (Object obj) : 将指定的对象写出。

• 反序列化：用ObjectInputStream类读取基本类型数据或对象的机制。方法为：

  • public final Object readObject () : 读取一个对象。

7.3 如何实现序列化机制

如果需要让某个对象支持序列化机制，则必须让对象所属的类及其属性是可序列化的，为了让某个类是可序列化的，该类必须实现java.io.Serializable 接口。Serializable 是一个标记接口，不实现此接口的类将不会使任何状态序列化或反序列化，会抛出NotSerializableException 。

• 如果对象的某个属性也是引用数据类型，那么如果该属性也要序列化的话，也要实现Serializable 接口
• 该类的所有属性必须是可序列化的。如果有一个属性不需要可序列化的，则该属性必须注明是瞬态的，使用transient 关键字修饰。
• 静态（static）变量的值不会序列化。因为静态变量的值不属于某个对象。

7.4 反序列化失败问题

问题1：

对于JVM可以反序列化对象，它必须是能够找到class文件的类。如果找不到该类的class文件，则抛出一个 ClassNotFoundException 异常。

问题2：

当JVM反序列化对象时，能找到class文件，但是class文件在序列化对象之后发生了修改，那么反序列化操作也会失败，抛出一个InvalidClassException异常。发生这个异常的原因如下：

• 该类的序列版本号与从流中读取的类描述符的版本号不匹配
• 该类包含未知数据类型

解决办法：

Serializable 接口给需要序列化的类，提供了一个序列版本号：serialVersionUID 。凡是实现 Serializable接口的类都应该有一个表示序列化版本标识符的静态变量：

static final long serialVersionUID = 234242343243L; //它的值由程序员随意指定即可。
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• serialVersionUID用来表明类的不同版本间的兼容性。简单来说，Java的序列化机制是通过在运行时判断类的serialVersionUID来验证版本一致性的。在进行反序列化时，JVM会把传来的字节流中的serialVersionUID与本地相应实体类的serialVersionUID进行比较，如果相同就认为是一致的，可以进行反序列化，否则就会出现序列化版本不一致的异常(InvalidCastException)。
• 如果类没有显示定义这个静态常量，它的值是Java运行时环境根据类的内部细节自动生成的。若类的实例变量做了修改，serialVersionUID 可能发生变化。因此，建议显式声明。
• 如果声明了serialVersionUID，即使在序列化完成之后修改了类导致类重新编译，则原来的数据也能正常反序列化，只是新增的字段值是默认值而已。

package com.atguigu.object;

import java.io.Serializable;

public class Employee implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1324234L; //增加serialVersionUID
    
    //其它结构：略
}
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8. 标准输入、输出流

• System.in和System.out分别代表了系统标准的输入和输出设备
• 默认输入设备是：键盘，输出设备是：显示器
• System.in的类型是InputStream
• System.out的类型是PrintStream，其是OutputStream的子类FilterOutputStream 的子类
• 重定向：通过System类的setIn，setOut方法对默认设备进行改变。
  • public static void setIn(InputStream in)
  • public static void setOut(PrintStream out)

拓展：

System类中有三个常量对象：System.out、System.in、System.err

查看System类中这三个常量对象的声明：

public final static InputStream in = null;
public final static PrintStream out = null;
public final static PrintStream err = null;
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奇怪的是，

• 这三个常量对象有final声明，但是却初始化为null。final声明的常量一旦赋值就不能修改，那么null不会空指针异常吗？
• 这三个常量对象为什么要小写？final声明的常量按照命名规范不是应该大写吗？
• 这三个常量的对象有set方法？final声明的常量不是不能修改值吗？set方法是如何修改它们的值的？

final声明的常量，表示在Java的语法体系中它们的值是不能修改的，而这三个常量对象的值是由C/C++等系统函数进行初始化和修改值的，所以它们故意没有用大写，也有set方法。
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public static void setOut(PrintStream out) {
    checkIO();
    setOut0(out);
}
public static void setErr(PrintStream err) {
    checkIO();
    setErr0(err);
}
public static void setIn(InputStream in) {
    checkIO();
    setIn0(in);
}
private static void checkIO() {
    SecurityManager sm = getSecurityManager();
    if (sm != null) {
        sm.checkPermission(new RuntimePermission("setIO"));
    }
}
private static native void setIn0(InputStream in);
private static native void setOut0(PrintStream out);
private static native void setErr0(PrintStream err);
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9. apache-common包的使用

9.1 介绍

IO技术开发中，代码量很大，而且代码的重复率较高，为此Apache软件基金会，开发了IO技术的工具类commonsIO，大大简化了IO开发。

Apahce软件基金会属于第三方，（Oracle公司第一方，我们自己第二方，其他都是第三方）我们要使用第三方开发好的工具，需要添加jar包。

9.2 导包及举例

• 在导入commons-io-2.5.jar包之后，内部的API都可以使用。

• IOUtils类的使用

- 静态方法：IOUtils.copy(InputStream in,OutputStream out)传递字节流，实现文件复制。
- 静态方法：IOUtils.closeQuietly(任意流对象)悄悄的释放资源，自动处理close()方法抛出的异常。
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public class Test01 {
    public static void main(String[] args)throws Exception {
        //- 静态方法：IOUtils.copy(InputStream in,OutputStream out)传递字节流，实现文件复制。
        IOUtils.copy(new FileInputStream("E:\\Idea\\io\\1.jpg"),new FileOutputStream("E:\\Idea\\io\\file\\柳岩.jpg"));
        //- 静态方法：IOUtils.closeQuietly(任意流对象)悄悄的释放资源，自动处理close()方法抛出的异常。
       /* FileWriter fw = null;
        try {
            fw = new FileWriter("day21\\io\\writer.txt");
            fw.write("hahah");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
           IOUtils.closeQuietly(fw);
        }*/
    }
}
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• FileUtils类的使用

- 静态方法：void copyDirectoryToDirectory(File src,File dest)：整个目录的复制，自动进行递归遍历
          参数:
          src:要复制的文件夹路径
          dest:要将文件夹粘贴到哪里去
             
- 静态方法：void writeStringToFile(File file,String content)：将内容content写入到file中
- 静态方法：String readFileToString(File file)：读取文件内容，并返回一个String
- 静态方法：void copyFile(File srcFile,File destFile)：文件复制
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public class Test02 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //- 静态方法：void copyDirectoryToDirectory(File src,File dest);
            FileUtils.copyDirectoryToDirectory(new File("E:\\Idea\\io\\aa"),new File("E:\\Idea\\io\\file"));


            //- 静态方法：writeStringToFile(File file,String str)
            FileUtils.writeStringToFile(new File("day21\\io\\commons.txt"),"柳岩你好");

            //- 静态方法：String readFileToString(File file)
            String s = FileUtils.readFileToString(new File("day21\\io\\commons.txt"));
            System.out.println(s);
            //- 静态方法：void copyFile(File srcFile,File destFile)
            FileUtils.copyFile(new File("io\\yangm.png"),new File("io\\yangm2.png"));
            System.out.println("复制成功");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
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