Java IO 学习笔记（一）

一、什么是流

任何程序，都应该有输入输出的方式。我们难以想象，无法进行输入和输出的程序，能有什么作用。因为这时候的它，与外界是无法联系的。

比方说，我们的 web 服务器。它需要从用户那边读取用户的请求信息，然后再根据请求信息选择向用户响应些什么。如果 web 程序没有输入输出的方式，那上述的请求与响应自然也就无法实现了。

因此，任何编程语言，都需要为开发人员提供输入和输出的方式，而这种输入和输出，就是基于流（Stream）实现的。

流，看起来像是一个挺抽象的概念，但如果你把现实中的溪流与它作比较的话，又会觉得它很形象。它其实就是一条连接程序和外界的“溪流”。当程序需要读取数据的时候，就会开启一个通向数据源的流，这个数据源可以是文件、内存或是网络连接；类似的，当程序需要写入数据的时候，就会开启一个通向目的地的流。这时候，数据就好比溪流中的水，在流中“流动”。

基于以上，我们可以这么说，流，是程序输入与输出的方式。

二、Java IO

Java IO 实际上就是 Java 语言以流为基础实现数据输入与输出功能的类库。 在 Java IO 中，所有的数据都会被串行化写入输出流或者是从输入流读入。

要全面地学习 Java IO 不是一件容易的事，因为这是一个内容十分庞大的类库，涉及到非常多领域的数据传输。

这里需要指出一点，很多新手在理解 Java IO 的输出与输入时，会将其局限在程序与文件系统的交互中。然而，文件的读写，只能算是 Java IO 中的一部分，实际上，Java IO 还涉及到网络通信、对象传输等等一系列领域。

三、流的分类

按流向分：
- 输入流：程序可以从中读取数据的流。
- 输出流：程序能向其中写入数据的流。
按传输单位分：
- 字节流：以字节为单位传输数据的流。
- 字符流：以字符为单位传输数据的流。

输入流和输出流是比较好理解的，这里不再赘述。但是对于新人来说，可能容易把字节流和字符流混淆，甚至是压根不知道这两者具体指的是什么，因此，这里我们需要再介绍一些基础概念。

比特（Bit）： binary digit（二进制数位）的缩写，又称“位”，是计算机信息量的最小单位，同时也是二进制数字中的位。
字节（Binary）： 计算机中信息计量的一种单位，1 个字节由 8 个位组成，例如：00000001。
字符（Character）： 文字与符号的总称，可以是各个国家的文字、标点符号、图形符号、数字等。

有了这些基础概念做铺垫后，我们再来谈谈字节流和字符流。

从字面上我们就可以理解，字节流就是以字节为单位处理数据的流。它只能读取或者输出字节，一组由 8 个位（Bit）组成的数据（如 00000001 等），也就是计算机所擅长识别的数据。如果你想把我们人类所能理解的字符交给它传输，很抱歉，它做不到。

那么，一个无法识别人类语言的程序，有什么作用呢？因此，就有了字符流的诞生。

顾名思义，字符流就是用来传输字符的流。它可以将计算机中的二进制数据进行处理后，转化成我们人类所能识别的字符。但正是字符流的这种作用，才会给我们初学 IO 时带来种种困难。因为它涉及到了计算机语言和人类语言的相互转化，也就是我们常提到的编码与解码。事实表明，实际开发中频繁出现的乱码问题，其根源就在于编码与解码的不一致。

讲到这里，如果还是不能理解字节流和字符流的差别的话，也不用着急，因为日后开发中踩到的乱码坑多了，自然也就能理解了。（一脸坏笑）

当然，如果对编码与解码有兴趣的朋友，不妨阅读此文：字符编码的前世今生

四、基本接口

Java IO 有两组基本接口，一组基于字节，另一组基于字符。在本文中，我们先介绍基于字节的操作接口，分别是 InputStream 和 OutputStream。至于字符流的操作接口，我们将在之后的学习笔记中进行总结。

4.1 InputStream

InputStream 是基于字节的输入流。它本身是一个抽象类，具体的实现由子类负责。

如图所示，在 InputStream 中，包含以下方法：

这些方法的具体作用，请见下面的表格：

方法名	作用
read(byte[] b)	从流中读取一组字节，并将其保存在一个字节数组中。若该字节数组的长度为 0，则函数不读取任何字节，并返回 0；若流中已经没有字节可以读取，则函数返回 -1。
read(byte[] b, int off, int len)	从流中的某个位置读取指定长度的字节，并保存到字节数组的相同位置中。其中，第一个 int 类型参数代表开始读取的位置，第二个 int 参数代表准备读取的长度。
skip(long n)	允许程序跳过流中的 n 个字节。
available()	返回流中剩余的可读字节数。
close()	关闭流，并释放与该流有关联的系统资源。
mark(int readlimit)	允许程序在读取流的过程中，记录指定的位置，通常配合 reset 方法使用。
reset()	允许程序返回到上次在流中所标记的位置，通常配合 mark 方法使用。
markSupported()	判断当前流是否支持 mark 和 reset。

这里我们少描述了一个方法，那就是 read()。这是为什么呢？首先，先让我们看看这个函数的完整说明。

/**
 * Reads the next byte of data from the input stream. The value byte is
 * returned as an <code>int</code> in the range <code>0</code> to
 * <code>255</code>. If no byte is available because the end of the stream
 * has been reached, the value <code>-1</code> is returned. This method
 * blocks until input data is available, the end of the stream is detected,
 * or an exception is thrown.
 *
 * <p> A subclass must provide an implementation of this method.
 *
 * @return     the next byte of data, or <code>-1</code> if the end of the
 *             stream is reached.
 * @exception  IOException  if an I/O error occurs.
 */
public abstract int read() throws IOException;

这段说明的大致意思是，read() 方法的作用是从流中读取下一个字节的值，并返回该字节的十进制结果（我们知道，一个字节是由 8 个 bit 组成，因此其范围是 00000000 ~ 11111111，换算成十进制就是从 0 到 255）。

但是我们也注意到，这个方法是一个抽象方法，它需要继承它的子类来完成具体的实现。如果这个方法没有被实现，那么我们上述表格中阐述的所有方法将没有任何意义。这也是我将这个方法拿出来单独介绍的原因。

4.2 OutputStream

OutputStream 是基于字节的输出流。它同样也是一个抽象类。

如图所示，在 OutputStream 中，包含以下方法：

很简单有木有！比 InputStream 少多了！

同样，这些方法的作用，可见下面表格：

方法名	作用
write(int b)	将某个字节，写到输出流中。需要注意的是，该方法同 read() 方法一样，也是抽象方法。
write(byte[] b)	将一个字节数组，写到输出流中。
write(byte[] b, int off, int len)	从字节数组的某个位置开始，输出指定长度的字节数到输出流中。
flush()	清理输出流中的缓存，同时强制输出流中的所有缓存字节。
close()	关闭流，并释放与该流有关联的系统资源。

五、类层次结构

InputStream 和 OutputStream 只是 Java IO 中的基础接口，两个接口下还有着丰富的实现类。下面，将分别介绍两个基本接口的类层次结构。（注：InputStream 和 OutputStream 的类层次结构在不同版本的 JDK 中会有所不同，本文是以 JDK 6 为基础的）

5.1 InputStream

在 InputStream 的体系中，会根据实现方式和处理的数据类型划分为不同的子类。尽管类别很多，但对于日常的开发而言，只要重点掌握 FileInputStream 和 FilterInputStream 即可。

FileInputStream： 顾名思义，FileInputStream 是用于从文件系统中读取字节的输入流。这里需要强调的是，它只能以字节的方式读取文件中的数据，而无法以字符的方式。无论用户在显示器上看到的是何种字符，通过 FileInputStream 读取到的也只是二进制数据的十进制表示。例如，文本中有一个字符 ‘a’，此时通过 FileInputStream 读取到的值是 97，转换成二进制数据则为 01100001，即 ‘a’ 这个字符在 ASCII 码表中对应的二进制数值。
FilterInputStream： 中文名为过滤流，是为了某种特定目的而过滤字节的数据流。例如，BufferedInputStream 在 InputStream 的基础上提供了缓冲区；再比如，DataInputStream 为整数、浮点数、字符串等的读取提供了可能。

5.2 OutputStream

输出流的类层次结构与输入流大体上是一致的。在 OutputStream 中，需要重点掌握的同样是 FileOutputStream 和 FilterOutputStream 两个子类。其具体作用不再说明，可参考输入流中的介绍。

写在最后：本篇只是个人在 Java IO 学习过程中的第一篇笔记，主要是从整体介绍一下 Java IO 的一些主要概念，在下一篇文章中，将针对 FileInputStream 和 FileOutputStream 展开详细的讨论。