Java中IO类扫盲篇
文章目录
- 一、简介
- 二、字节流与字符流
- 1. 字节流(InputStream、OutputStream)介绍与用法
- 2. 字符流(Reader、Writer)介绍与用法
- 三、文件操作与目录遍历
- 1. File类的基本使用
- 2. 目录遍历与递归操作
- 四、序列化与反序列化
- 1. 序列化与反序列化概念和作用
- 2. 实现Serializable接口的对象序列化
- 3. 自定义序列化与反序列化
- 五、NIO与异步IO
- 1. NIO概述及与传统IO的区别
- 2. 缓冲区(Buffer)的使用
- 3. 通道(Channel)的基本使用
- 4. 选择器(Selector)的使用
一、简介
-
Java IO概述:
Java的IO(输入/输出)是用于处理与外部设备、文件和网络资源之间数据传输的机制。它提供了一套丰富的类和方法,用于读取和写入数据,并提供了灵活的处理方式。 -
IO模型和IO流的概念:
IO模型是指描述程序与外部设备进行数据交换的方式,主要有阻塞IO模型和非阻塞IO模型。阻塞IO模型是指程序在进行IO操作时会阻塞等待返回结果,而非阻塞IO模型是指程序在进行IO操作时可以继续执行其他任务,不需要等待返回结果。
IO流是Java中用来处理输入和输出的抽象概念。它将数据的输入和输出视为连续的数据流,通过流的方式进行读取和写入操作。Java中的IO流分为字节流和字符流两种类型,分别对应处理字节数据和字符数据。
- Java IO类库的分类和用途:
Java的IO类库可以分为两个大类:字节流和字符流。
- 字节流:以字节为单位进行读写操作,主要包括InputStream和OutputStream两个类,用于处理二进制数据,例如图片、视频等。
- 字符流:以字符为单位进行读写操作,主要包括Reader和Writer两个类,用于处理文本数据,例如文本文件等。
除了字节流和字符流,Java的IO类库还提供了许多其他类和接口,用于处理特定类型的数据或提供更高级别的功能,例如处理文件、网络通信等。
总结起来,Java的IO类库提供了丰富的工具和方法来进行各种输入和输出操作,能够满足不同场景下的需求。
二、字节流与字符流
1. 字节流(InputStream、OutputStream)介绍与用法
// 1.1 输入字节流的基本使用(FileInputStream、ByteArrayInputStream等)// 使用FileInputStream读取文件内容
try (InputStream inputStream = new FileInputStream("file.txt")) {int data;while ((data = inputStream.read()) != -1) {// 处理读取到的字节数据System.out.print((char) data);}
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}// 1.2 输出字节流的基本使用(FileOutputStream、ByteArrayOutputStream等)// 使用FileOutputStream写入数据到文件
try (OutputStream outputStream = new FileOutputStream("file.txt")) {String data = "Hello, World!";outputStream.write(data.getBytes());
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}// 1.3 使用缓冲字节流提高IO性能(BufferedInputStream、BufferedOutputStream等)// 使用BufferedInputStream读取文件内容
try (InputStream inputStream = new BufferedInputStream(new FileInputStream("file.txt"))) {int data;while ((data = inputStream.read()) != -1) {// 处理读取到的字节数据System.out.print((char) data);}
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}// 使用BufferedOutputStream写入数据到文件
try (OutputStream outputStream = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("file.txt"))) {String data = "Hello, World!";outputStream.write(data.getBytes());
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}
2. 字符流(Reader、Writer)介绍与用法
// 2.1 输入字符流的基本使用(FileReader、StringReader等)// 使用FileReader读取文件内容
try (Reader reader = new FileReader("file.txt")) {int data;while ((data = reader.read()) != -1) {// 处理读取到的字符数据System.out.print((char) data);}
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}// 2.2 输出字符流的基本使用(FileWriter、StringWriter等)// 使用FileWriter写入数据到文件
try (Writer writer = new FileWriter("file.txt")) {String data = "Hello, World!";writer.write(data);
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}// 2.3 使用缓冲字符流提高IO性能(BufferedReader、BufferedWriter等)// 使用BufferedReader读取文件内容
try (Reader reader = new BufferedReader(new FileReader("file.txt"))) {int data;while ((data = reader.read()) != -1) {// 处理读取到的字符数据System.out.print((char) data);}
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}// 使用BufferedWriter写入数据到文件
try (Writer writer = new BufferedWriter(new FileWriter("file.txt"))) {String data = "Hello, World!";writer.write(data);
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}
三、文件操作与目录遍历
1. File类的基本使用
// 1.1 创建、删除和重命名文件
File file = new File("file.txt");try {// 创建文件if (file.createNewFile()) {System.out.println("文件创建成功");}// 删除文件if (file.delete()) {System.out.println("文件删除成功");}// 重命名文件File newFile = new File("newFile.txt");if (file.renameTo(newFile)) {System.out.println("文件重命名成功");}
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}// 1.2 获取文件信息(大小、路径、修改时间等)
File file = new File("file.txt");System.out.println("文件大小:" + file.length() + "字节");
System.out.println("文件路径:" + file.getAbsolutePath());
System.out.println("最后修改时间:" + new Date(file.lastModified()));// 1.3 文件遍历与过滤
File dir = new File("directory");// 遍历文件夹下的所有文件和子文件夹
for (File file : dir.listFiles()) {if (file.isFile()) {System.out.println("文件:" + file.getName());} else if (file.isDirectory()) {System.out.println("文件夹:" + file.getName());}
}
2. 目录遍历与递归操作
// 2.1 递归遍历目录下的文件
public static void listFiles(File directory) {File[] files = directory.listFiles();if (files != null) {for (File file : files) {if (file.isFile()) {System.out.println("文件:" + file.getName());} else if (file.isDirectory()) {System.out.println("文件夹:" + file.getName());listFiles(file);}}}
}// 调用递归遍历目录
listFiles(new File("directory"));// 2.2 搜索指定类型的文件
public static void searchFiles(File directory, String extension) {File[] files = directory.listFiles();if (files != null) {for (File file : files) {if (file.isFile() && file.getName().endsWith(extension)) {System.out.println("符合条件的文件:" + file.getName());} else if (file.isDirectory()) {searchFiles(file, extension);}}}
}// 调用搜索指定类型的文件
searchFiles(new File("directory"), ".txt");// 2.3 统计目录大小
public static long calculateDirectorySize(File directory) {long size = 0;File[] files = directory.listFiles();if (files != null) {for (File file : files) {if (file.isFile()) {size += file.length();} else if (file.isDirectory()) {size += calculateDirectorySize(file);}}}return size;
}// 获取目录大小
long size = calculateDirectorySize(new File("directory"));
System.out.println("目录大小:" + size + "字节");
四、序列化与反序列化
1. 序列化与反序列化概念和作用
序列化是将对象转换为字节序列的过程,用于对象的持久化或网络传输。反序列化是将字节序列转换回对象的过程。
2. 实现Serializable接口的对象序列化
// 2.1 序列化对象到文件
try (OutputStream outputStream = new FileOutputStream("object.ser")) {ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(outputStream);MyObject myObject = new MyObject();objectOutputStream.writeObject(myObject);System.out.println("对象序列化成功");
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}// 2.2 从文件反序列化对象
try (InputStream inputStream = new FileInputStream("object.ser")) {ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(inputStream);MyObject myObject = (MyObject) objectInputStream.readObject();System.out.println("对象反序列化成功");
} catch (IOException | ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace();
}// 2.3 序列化对象到字节数组
try (ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream()) {ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);MyObject myObject = new MyObject();objectOutputStream.writeObject(myObject);byte[] bytes = byteArrayOutputStream.toByteArray();System.out.println("对象序列化成功,字节数组长度:" + bytes.length);
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}
3. 自定义序列化与反序列化
// 3.1 实现Externalizable接口
public class MyObject implements Externalizable {private String data;// 必须提供默认构造方法public MyObject() {}// 实现writeExternal方法,手动控制序列化字段@Overridepublic void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {out.writeObject(data);}// 实现readExternal方法,手动控制反序列化字段@Overridepublic void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {data = (String) in.readObject();}
}// 3.2 控制序列化的过程(writeObject、readObject方法)
public class MyObject implements Serializable {private String data;private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {out.defaultWriteObject();// 手动调用其他操作}private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {in.defaultReadObject();// 手动调用其他操作}
}// 3.3 解决序列化版本兼容性问题
public class MyObject implements Serializable {private static final long serialVersionUID = 1L;...
}
五、NIO与异步IO
1. NIO概述及与传统IO的区别
NIO(New I/O)是Java提供的一种基于通道和缓冲区的IO模型,相比传统的IO模型,NIO具有更高的效率和灵活性。
2. 缓冲区(Buffer)的使用
// 2.1 ByteBuffer、CharBuffer等缓冲区类型
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
CharBuffer charBuffer = CharBuffer.allocate(1024);// 2.2 缓冲区的读写操作
byteBuffer.put((byte) 'H');
byteBuffer.put((byte) 'e');
byteBuffer.put((byte) 'l');
byteBuffer.put((byte) 'l');
byteBuffer.put((byte) 'o');
byteBuffer.flip();while (byteBuffer.hasRemaining()) {System.out.print((char) byteBuffer.get());
}
3. 通道(Channel)的基本使用
// 3.1 文件Channel的读写操作
try (RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("file.txt", "rw");FileChannel channel = file.getChannel()) {ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);int bytesRead = channel.read(buffer);while (bytesRead != -1) {buffer.flip();while (buffer.hasRemaining()) {System.out.print((char) buffer.get());}buffer.clear();bytesRead = channel.read(buffer);}
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}// 3.2 Socket Channel和Server Socket Channel的使用
try (SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open()) {socketChannel.connect(new InetSocketAddress("example.com", 80));if (socketChannel.isConnected()) {System.out.println("连接成功");ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);socketChannel.read(buffer);buffer.flip();while (buffer.hasRemaining()) {System.out.print((char) buffer.get());}}
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}
4. 选择器(Selector)的使用
选择器(Selector)是Java NIO(New IO)中的一个重要组件,用于实现非阻塞IO操作。它可以通过单个线程处理多个通道(Channel),从而提高系统的IO处理效率。
下面是使用选择器的基本步骤:
-
创建选择器:使用
Selector.open()
方法创建一个Selector对象。Selector selector = Selector.open();
-
注册通道:将需要监听IO事件的通道注册到选择器上。通道可以是一些可读、可写或可接受连接的网络通道,例如
SocketChannel
、ServerSocketChannel
等。channel.configureBlocking(false); // 设置通道为非阻塞模式 SelectionKey key = channel.register(selector, interestOps);
其中,
interestOps
参数表示对该通道感兴趣的事件类型,包括SelectionKey.OP_READ
(可读事件)、SelectionKey.OP_WRITE
(可写事件)、SelectionKey.OP_ACCEPT
(可接受连接事件)等。 -
选择就绪通道:使用
selector.select()
方法来选择已经准备好进行IO操作的通道。该方法会阻塞直到至少有一个通道准备好,或者超时时间到达。int readyChannels = selector.select();
-
处理就绪通道:使用
selector.selectedKeys()
方法获取选择器中已经就绪的键集合,然后遍历处理每个键对应的通道和事件。Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys(); for (SelectionKey key : selectedKeys) {if (key.isReadable()) {// 处理可读事件} else if (key.isWritable()) {// 处理可写事件} else if (key.isAcceptable()) {// 处理可接受连接事件}// 其他事件处理... }
-
取消选择键:在处理完通道后,一般需要将其对应的选择键取消,防止重复处理。
key.cancel();
-
关闭选择器:使用
selector.close()
方法关闭选择器,释放资源。selector.close();
使用选择器可以实现单个线程管理多个通道,提高了系统的IO处理效率。它适用于需要同时处理多个IO操作、提高系统吞吐量的场景,例如网络编程中的服务器端。
// 4.1 注册通道到选择器
try (ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();Selector selector = Selector.open()) {serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));serverSocketChannel.configureBlocking(false);serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);while (true) {selector.select();Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();for (SelectionKey key : selectedKeys) {if (key.isAcceptable()) {// 处理接收事件ServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) key.channel();SocketChannel socketChannel = channel.accept();// ...} else if (key.isReadable()) {// 处理读取事件SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);int bytesRead = channel.read(buffer);// ...}selectedKeys.remove(key);}}
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}// 4.2 监听通道事件
try (DatagramChannel datagramChannel = DatagramChannel.open();Selector selector = Selector.open()) {datagramChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));datagramChannel.configureBlocking(false);datagramChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);while (true) {selector.select();Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();for (SelectionKey key : selectedKeys) {if (key.isReadable()) {// 处理读取事件DatagramChannel channel = (DatagramChannel) key.channel();ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);SocketAddress sender = channel.receive(buffer);// ...}selectedKeys.remove(key);}}
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}// 4.3 多路复用(IO多路复用)
try (Selector selector = Selector.open()) {SocketChannel channel1 = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("example.com", 80));SocketChannel channel2 = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("example.org", 80));channel1.configureBlocking(false);channel2.configureBlocking(false);channel1.register(selector, SelectionKey.OP_READ);channel2.register(selector, SelectionKey.OP_READ);while (true) {selector.select();Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();for (SelectionKey key : selectedKeys) {if (key.isReadable()) {// 处理读取事件SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);channel.read(buffer);// ...}}}
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}
简介:本文介绍了Java中的IO类库,包括字节流、字符流的基本使用,文件操作与目录遍历,序列化与反序列化,以及NIO与异步IO的概念与使用。通过学习本文,读者能够掌握Java IO类的基本用法和核心概念,并且理解NIO的特点和优势。
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