Java JDK6学习笔记.doc

第14章 输入/输出输入/输出(Input/Output)泛指对某个设备或环境进行数据的输入或输出。例如对硬盘进行输入/输出、对视频设备进行输入/输出、对网络主机进行输入/输出等，可以想象，因设备或环境的不同，会有各式各样的输入/输出问题与解决方案。输入/输出问题在程序设计中实际上是一个很复杂的问题。对于输入/输出问题，Java将之抽象化为流(Stream)对象来解决。对不同的输入/输出问题，会有相应的流对象提供解决的方案。本章就是要学习Java中各式各样解决输入/输出问题的对象。然而输入/输出问题所涉及的领域相当广，基于学习的角度来看，必须选择一个主题来专门讨论，所以本章主题会围绕在文件输入/输出。有了本章的基础，在了解其他领域的输入/输出问题时就不难入手。14.1文件在正式了解Java中如何处理文件输入/输出之前，要先了解一下在Java中如何表示一个文件。本小节也将简单地介绍随机文件存取，让您初步了解文件输入/输出时一些必须注意的事项。14.1.1File类不同的操作系统对于文件系统路径的设置各有差别。例如在Windows中，一个路径的表示法可能是：C:WorkspaceCH14而在Linux下的路径设置可能会像是：/home/justin/workspace/ch14Windows的路径指定是使用UNC(Universal Naming Convention)路径名，以开始表示硬盘根目录。如果没有以开始表示相对于当前工作目录的路径，C是可选的硬盘指定，后面跟随着:字符。而UNIX-Like系统没有Windows系统的C、D、E这样的硬盘驱动器概念，UNIX-Like系统的路径指定以/开始表示从根目录开始的绝对路径，不以/开始表示相对于当前工作目录的路径。在程序中设置路径时会有系统相依性的问题，java.io.File类提供一个抽象的、与系统独立的路径表示。给它一个路径字符串，它会将其转换为与系统无关的抽象路径表示，这个路径可以指向一个文件、目录或是URI(Uniform Resource Identifier)。一个File的实例被建立时，它就不能再被改变内容。File实例除了用作一个文件或目录的抽象表示之外，它还提供了不少相关操作方法：可以用它来对文件系统作一些查询与设置的动作。要注意的是，不管是文件还是目录，在Java中都是以File的实例来表示。范例14.1是一个设置与操作File实例的简单示范，可以指定查询某个目录下的所有文件与目录名称。 范例14.1 FileDemo.java package onlyfun.caterpillar;import java.io.*;import java.util.*;public class FileDemo public static void main(String args) try File file = new File(args0); if(file.isFile() / 是否为文件 System.out.println(args0 + 文件); System.out.print( file.canRead() ? 可读 : 不可读 ); System.out.print( file.canWrite() ? 可写 : 不可写 ); System.out.println( file.length() + 字节); else / 列出所有的文件及目录 File files = file.listFiles(); ArrayList fileList = new ArrayList(); for(int i = 0; i files.length; i+) / 先列出目录 if(filesi.isDirectory() /是否为目录 / 取得路径名 System.out.println( + filesi.getPath() + ); else / 文件先存入fileList，待会再列出 fileList.add(filesi); / 列出文件 for(File f: fileList) System.out.println(f.toString(); System.out.println(); catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e) System.out.println( using: java FileDemo pathname); 执行结果：java onlyfun.caterpillar.FileDemo C:C:WINDOWSC:workspaceC:Documents and SettingsC:Program FilesC:System Volume InformationC:pagefile.sysC:A3N_A3L.10C:bootfont.binC:ntldr.略这里先简单地介绍一下File类。File类主要是文件的抽象代表，若要作文件输出/输入，必须配合其他相关类来使用。接下来会配合各小节的内容并适时地使用File类。14.1.2RandomAccessFile类在正式介绍如何使用Java的输入/输出相关类来进行文件存取前，先简单地通过使用java.io.RandomAccessFile来存取文件，以认识一些文件存取时所必须注意的概念与事项。文件存取通常是循序的，每在文件中存取一次，文件的读取位置就会相对于目前的位置前进一次。然而有时必须指定文件的某个区段进行读取或写入的动作，也就是进行随机存取(Random Access)，即要能在文件中随意地移动读取位置。这时可以使用RandomAccessFile，使用它的seek()方法来指定文件存取的位置，指定的单位是字节。为了移动存取位置时的方便，通常在随机存取文件中会固定每一个数据的长度。例如长度固定为每一个学生个人数据，Java中并没有直接的方法可以写入一个固定长度数据(像C/C+中的structure)，所以在固定每一个长度方面必须自行设计。范例14.2先设计一个学生数据的类。 范例14.2 Student.java package onlyfun.caterpillar;public class Student private String name; private int score; public Student() setName(noname); public Student(String name, int score) setName(name); this.score = score; public void setName(String name) StringBuilder builder = null; if(name != null) builder = new StringBuilder(name); else builder = new StringBuilder(15); builder.setLength(15); / 最长 15 字符 = builder.toString(); public void setScore(int score) this.score = score; public String getName() return name; public int getScore() return score; / 每个数据固定写入34字节 public static int size() return 34; 对于每一个学生数据的实例在写入文件时，会固定以34字节的长度写入，也就是15个字符(30字节)加上一个int整数的长度(4字节)。范例14.2中是使用StringBuilder来固定字符长度，可以使用size()方法来取得长度信息。范例14.3则示范了如何使用RandomAccessFile来写入文件，并可随机指定一个所想读出的数据。 范例14.3 RandomAccessFileDemo.java package onlyfun.caterpillar;import java.io.*;import java.util.*;public class RandomAccessFileDemo public static void main(String args) Student students = new Student(Justin, 90), new Student(momor, 95), new Student(Bush, 88), new Student(caterpillar, 84); try File file = new File(args0); / 建立RandomAccessFile实例并以读写模式打开文件 RandomAccessFile randomAccessFile = new RandomAccessFile(file, rw); for(int i = 0; i students.length; i+) / 使用对应的write方法写入数据 randomAccessFile.writeChars(studentsi.getName(); randomAccessFile.writeInt(studentsi.getScore(); Scanner scanner = new Scanner(System.in); System.out.print(读取第几个数据？); int num = scanner.nextInt(); / 使用seek()方法操作存取位置 randomAccessFile.seek(num-1) * Student.size(); Student student = new Student(); / 使用对应的read方法读出数据 student.setName(readName(randomAccessFile); student.setScore(randomAccessFile.readInt(); System.out.println(姓名： + student.getName(); System.out.println(分数： + student.getScore(); / 设置关闭文件 randomAccessFile.close(); catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e) System.out.println(请指定文件名称); catch(IOException e) e.printStackTrace(); private static String readName(RandomAccessFile randomAccessfile) throws IOException char name = new char15; for(int i = 0; i name.length; i+) namei = randomAccessfile.readChar(); / 将空字符取代为空格符并返回 return new String(name).replace(0, ); 执行结果：java onlyfun.caterpillar.RandomAccessFileDemo student.dat读取第几个数据？2姓名：momor分数：95RandomAccessFile上的相关方法实现都在批注中说明了，可以看到读写文件时几个必要的流程： 打开文件并指定读写方式在Java中，当实例化一个与文件相关的输入/输出类时，就会进行打开文件的动作。在实例化的同时要指定文件是要以读出(r)、写入(w)或可读可写(rw)的方式打开，可以将文件看作是一个容器，要读出或写入数据都必须打开容器的瓶盖。 使用对应的写入方法对文件进行写入，要使用对应的写入方法。在Java中通常是write的名称作为开头，在低级的文件写入中，要写入某种类型的数据，就要使用对应该类型的方法，如writeInt()、writeChar()等。 使用对应的读出方法对文件进行读出，要使用对应的读出方法。在Java中通常是read的名称作为开头，在低级的文件读出中，要读出某种类型的数据，就要使用对应该类型的方法，如readInt()、readChar()等。 关闭文件可以将文件看作是一个容器，要读出或写入数据都必须打开容器的瓶盖，而不进行读出或写入时，就要将瓶盖关闭。对于某些文件存取对象来说，关闭文件的动作意味着将缓冲区(Buffer)的数据全部写入文件，如果不作关闭文件的动作，某些数据可能没有写入文件而遗失。14.2位流计算机中的数据都是以0与1的方式来存储，如果要在两个装置之间进行数据的存取，当然也是以0与1位的方式来进行，Java将数据于目的地及来源之间的流动抽象化为一个流(Stream)，而流当中流动的则是位数据。14.2.1InputStream和OutputStream计算机中实际上数据的流动是通过电路，而上面流动的则是电流，电流的电位有低位与高位，即数字的0与1位。从程序的观点来说，通常会将数据目的地(例如内存)与来源(例如文件)之间的数据流动抽象化为一个流(Stream)，而其中流动的则是位数据，如图14-1所示。图14-1 数据的流动抽象化为流的概念在Java SE中有两个类用来作流的抽象表示：java.io.InputStream与java.io.OutputStream。InputStream是所有表示位输入流的类之父类，它是一个抽象类，继承它的子类要重新定义其中所定义的抽象方法。InputStream是从装置来源地读取数据的抽象表示，例如System中的标准输入流in对象就是一个InputStream类型的实例。在Java程序开始之后，in流对象就会开启，目的是从标准输入装置中读取数据，这个装置通常是键盘或是用户定义的输入装置。OutputStream是所有表示位输出流的类之父类，它是一个抽象类。子类要重新定义其中所定义的抽象方法，OutputStream是用于将数据写入目的地的抽象表示。例如System中的标准输出流对象out其类型是java.io.PrintStream，这个类是OutputStream的子类(java.io.FilterOutputStream继承OutputStream， PrintStream再继承FilterOutputStream)。在程序开始之后，out流对象就会开启，可以通过out来将数据写至目的地装置，这个装置通常是屏幕显示或用户定义的输出装置。范例14.4可以读取键盘输入流，in对象的read()方法一次读取一个字节的数据，读入的数据以int类型返回。所以在使用out对象将数据显示出来时，就是10进制方式。 范例14.4 StreamDemo.java package onlyfun.caterpillar;import java.io.*;public class StreamDemo public static void main(String args) try System.out.print(输入字符: ); System.out.println(输入字符十进制表示: + System.in.read(); catch(IOException e) e.printStackTrace(); 执行结果：输入字符: A输入字符十进制表示: 65字符A输入后由标准输入流in读取，A的位表示以十进制来看就是65，这是A字符的编码(查查ASCII编码表就知道了)。一般来说，很少直接实现InputStream或OutputStream上的方法，因为这些方法比较低级，通常会实现它们的子类。这些子类上所定义的方法在进行输入/输出时更为方便。14.2.2FileInputStream和FileOutputStreamjava.io.FileInputStream是InputStream的子类。从开头File名称上就可以知道，FileInputStream与从指定的文件中读取数据至目的地有关。而java.io.FileOutputStream是OutputStream的子类，顾名思义，FileOutputStream主要与从来源地写入数据至指定的文件中有关。当建立一个FileInputStream或FileOutputStream的实例时，必须指定文件位置及文件名称，实例被建立时文件的流就会开启；而不使用流时，必须关闭文件流，以释放与流相依的系统资源，完成文件读/写的动作。FileInputStream可以使用read()方法一次读入一个字节，并以int类型返回，或者是使用read()方法时读入至一个byte数组，byte数组的元素有多少个，就读入多少个字节。在将整个文件读取完成或写入完毕的过程中，这么一个byte数组通常被当作缓冲区，因为这么一个byte数组通常扮演承接数据的中间角色。范例14.5是使用FileInputStream与FileOutputStream的一个例子。程序可以复制文件，它会先从来源文件读取数据至一个byte数组中，然后再将byte数组的数据写入目的文件。 范例14.5 FileStreamDemo.java package onlyfun.caterpillar;import java.io.*; public class FileStreamDemo public static void main(String args) try byte buffer = new byte1024; / 来源文件 FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(new File(args0); / 目的文件 FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(new File(args1); / available()可取得未读取的数据长度 System.out.println(复制文件： + fileInputStream.available() + 字节); while(true) if(fileInputStream.available() 1024) / 剩余的数据比1024字节少 / 一位一位读出再写入目的文件 int remain = -1; while(remain = fileInputStream.read() != -1) fileOutputStream.write(remain); break; else / 从来源文件读取数据至缓冲区 fileInputStream.read(buffer); / 将数组数据写入目的文件 fileOutputStream.write(buffer); / 关闭流 fileInputStream.close(); fileOutputStream.close(); System.out.println(复制完成); catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e) System.out.println( using: java FileStreamDemo src des); e.printStackTrace(); catch(IOException e) e.printStackTrace(); 程序中示范了两个read()方法，一个方法可以读入指定长度的数据至数组，另一个方法一次可以读入一个字节。每次读取之后，读取的光标都会往前进，如果读不到数据则返回1，使用available()方法获得还有多少字节可以读取。除了使用File来建立FileInputStream、FileOutputStream的实例之外，也可以直接使用字符串指定路径来建立。/ 来源文件FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(args0); / 目的文件FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(args1);在不使用文件流时，记得使用close()方法自行关闭流，以释放与流相依的系统资源。一个执行的结果范例如下，它将FileDemo.java复制为FileDemo.txt：java onlyfun.caterpillar.FileStreamDemo FileDemo.java FileDemo.txt复制文件：1723字节复制完成FileOutputStream默认会以新建文件的方式来开启流。如果指定的文件名称已经存在，则原文件会被覆盖；如果想以附加的模式来写入文件，则可以在构建FileOutputStream实例时指定为附加模式。例如：FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(args1, true);构建方法的第二个append参数如果设置为true，在开启流时如果文件不存在则会新建一个文件，如果文件存在就直接开启流，并将写入的数据附加至文件末端。虽然我一向不喜欢使用过长的范例来作程序示范(也不喜欢看很长的范例)，不过本章的范例与其他各章的比起来相对长了一些，我会在程序中多用注释解释程序的逻辑。因为解释输入/输出操作最好的方式，是呈现一个具实用性的范例，本章的范例除了练习的作用之外，日后需要某些输入/输出功能时，也可以来参考看看如何实现。14.2.3BufferedInputStream和BufferedOutputStream在介绍FileInputStream和FileOutputStream的例子中，使用了一个byte数组来作为数据读入的缓冲区，以文件存取为例，硬盘存取的速度远低于内存中的数据存取速度。为了减少对硬盘的存取，通常从文件中一次读入一定长度的数据，而写入时也是一次写入一定长度的数据，这可以增加文件存取的效率。java.io.BufferedInputStream与java.io.BufferedOutputStream可以为InputStream、OutputStream类的对象增加缓冲区功能。构建BufferedInputStream实例时，需要给定一个InputStream类型的实例，实现BufferedInputStream时，实际上最后是实现InputStream实例。同样地，在构建BufferedOutputStream时，也需要给定一个OutputStream实例，实现BufferedOutputStream时，实际上最后是实现OutputStream实例。BufferedInputStream的数据成员buf是一个位数组，默认为2048字节。当读取数据来源时，例如文件，BufferedInputStream会尽量将buf填满。当使用read()方法时，实际上是先读取buf中的数据，而不是直接对数据来源作读取。当buf中的数据不足时，BufferedInputStream才会再实现给定的InputStream对象的read()方法，从指定的装置中提取数据，如图14-2所示。图14-2 BufferedInputStream在内部有buf成员作为缓冲区BufferedOutputStream的数据成员buf是一个位数组，默认为512字节。当使用write()方法写入数据时，实际上会先将数据写至buf中，当buf已满时才会实现给定的OutputStream对象的write()方法，将buf数据写至目的地，而不是每次都对目的地作写入的动作。下面将范例14.5做个改写，这次不用自行设置缓冲区，而使用BufferedInputStream和BufferedOutputStream让程序看来简单一些，也比较有效率。 范例14.6 BufferedStreamDemo.java package onlyfun.caterpillar;import java.io.*;public class BufferedStreamDemo public static void main(String args) try byte data = new byte1; File srcFile = new File(args0); File desFile = new File(args1); BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream( new FileInputStream(srcFile); BufferedOutputStream bufferedOutputStream = new BufferedOutputStream( new FileOutputStream(desFile); System.out.println(复制文件： + srcFile.length() + 字节); while(bufferedInputStream.read(data) != -1) bufferedOutputStream.write(data); / 将缓冲区中的数据全部写出 bufferedOutputStream.flush(); / 关闭流 bufferedInputStream.close(); bufferedOutputStream.close(); System.out.println(复制完成); catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e) System.out.println( using: java UseFileStream src des); e.printStackTrace(); catch(IOException e) e.printStackTrace(); 为了确保缓冲区中的数据一定被写出至目的地，建议最后执行flush()将缓冲区中的数据全部写出目的流中。这个范例的执行结果与范例14.5是相同的。BufferedInputStream和BufferedOutputStream并没有改变InputStream或 OutputStream的行为，读入或写出时的动作还是InputStream和OutputStream负责。BufferedInputStream和BufferedOutputStream只是在操作对应的方法之前，动态地为它们加上一些额外功能(像缓冲区功能)，在这里是以文件存取流为例，实际上可以在其他流对象上也使用BufferedInputStream和BufferedOutputStream功能。14.2.4DataInputStream和DataOutputStreamjava.io.DataInputStream和java.io.DataOutputStream可提供一些对Java基本数据类型写入的方法，像读写int、double和boolean等的方法。由于Java的数据类型大小是规定好的，在写入或读出这些基本数据类型时，就不用担心不同平台间数据大小不同的问题。这里还是以文件存取来进行说明。有时只是要存储一个对象的成员数据，而不是整个对象的信息，成员数据的类型假设都是Java的基本数据类型，这样的需求不必要使用到与Object输入、输出相关的流对象，可以使用DataInputStream、DataOutputStream来写入或读出数据。下面使用范例来介绍如何使用DataInputStream与DataOutputStream。先设计一个Member类。 范例14.7 Member.java package onlyfun.caterpillar;public class Member private String name; private int age; public Member() public Member(String name, int age) = name; this.age = age; public void setName(String name) = name; public void setAge(int age) this.age = age; public String getName() return name; public int getAge() return age; 打算将Member类实例的成员数据写入文件中，并打算在读入文件数据后，将这些数据还原为Member对象。范例14.8简单示范了如何实现这个需求。 范例14.8 DataStreamDemo.java package onlyfun.caterpillar;import java.io.*;public class DataStreamDemo public static void main(String args) Member members = new Member(Justin, 90), new Member(momor, 95), new Member(Bush, 88); try DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream( new FileOutputStream(args0); for(Member member : members) / 写入UTF字符串 dataOutputStream.writeUTF(member.getName(); / 写入int数据 dataOutputStream.writeInt(member.getAge(); / 读出所有数据至目的地 dataOutputStream.flush(); / 关闭流 dataOutputStream.close(); DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream( new FileInputStream(args0); / 读出数据并还原为对象 for(int i = 0; i members.length; i+) / 读出UTF字符串 String name = dataInputStream.readUTF(); / 读出int数据 int score = dataInputStream.readInt(); membersi = new Member(name, score); / 关闭流 dataInputStream.close(); / 显示还原后的数据 for(Member member : members) System.out.printf(%st%d%n, member.getName(), member.getAge(); catch(IOException e) e.printStackTrace(); 在从文件中读出数据时，不用费心地自行判断读入字符串时或读入int类型时何时该停止，使用对应的readUTF()或readInt()方法就可以正确地读入完整类型数据。同样地，DataInputStream、DataOutputStream并没有改变InputStream或OutputStream的行为，读入或写出时的动作还是InputStream、OutputStream负责。DataInputStream、DataOutputStream只是在实现对应的方法时，动态地为它们加上类型判断功能，在这里虽然是以文件存取流为例，实际上可以在其他流对象上也使用DataInputStream、DataOutputStream功能。14.2.5ObjectInputStream和ObjectOutputStream在Java程序执行的过程中，很多数据都是以对象的方式存在于内存中。有时会希望直接将内存中整个对象存储至文件，而不是只存储对象中的某些基本类型成员信息，而在下一次程序运行时，希望可以从文件中读出数据并还原为对象。这时可以使用java.io.ObjectInputStream和java.io.ObjectOutputStream来进行这项工作。如果要直接存储对象，定义