[Java IO] 流原理及流的分类

Java IO 流概念

Java IO（输入/输出）流是Java用于处理输入和输出操作的一种方式。
Java IO 系统主要基于流（Stream）的概念，流是一组有序的数据序列，可以是输入流（从数据源读取数据）或输出流（向数据目标写入数据）。

Java IO 流分类

• 按操作数据单位不同分为：字节流（8bit）如二进制文件；字符流，如文本文件
• 按数据流的流向不同分为：输入流；输出流
• 按流的角色不同分为：节点流；处理流

1. Java的IO流共涉及40多个类，都是从上面的4个抽象类派生出来的；
2. 这四个类派生出来的子类名称都是以父类名作为自身类名后缀。

关于输入流和输出流的区分：

• 输入流：数据从数据源（文件）到程序（内存）的路径。
• 输出流：数据从程序（内存）到数据源（文件）的路径。
  

字节流（Byte Streams）
字节流以字节为单位处理数据，适用于处理二进制数据（如图片、视频、音频等）。Java中字节流的基础类有两个：InputStream和OutputStream。

• InputStream：是所有字节输入流的超类，用于读取数据。
• OutputStream：是所有字节输出流的超类，用于写入数据。

字符流（Character Streams）
字符流以字符为单位处理数据，适用于处理文本数据。Java中字符流的基础类有两个：Reader和Writer。

• Reader：是所有字符输入流的超类，用于读取文本数据。
• Writer：是所有字符输出流的超类，用于写入文本数据。

常用IO流

字节流

• FileInputStream 和 FileOutputStream：用于文件的字节读写。
• BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream：提供了带缓冲区的字节读写，提高了效率。
• ByteArrayInputStream 和 ByteArrayOutputStream：用于处理字节数组的数据流。

字符流

• FileReader 和 FileWriter：用于文件的字符读写。
• BufferedReader 和 BufferedWriter：提供了带缓冲区的字符读写，提高了效率。
• StringReader 和 StringWriter：用于处理字符串的数据流。

转换流

• InputStreamReader 和 OutputStreamWriter：是字符流和字节流之间的桥梁，允许字符流以字节流的形式进行读写。

特殊用途流

• PrintStream 和 PrintWriter：提供了打印功能的输出流，可以方便地输出各种类型的数据。
• ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream：用于对象的序列化和反序列化，即将对象写入文件或从文件中读取对象。

注意事项

• 使用完流后，应关闭流以释放系统资源。可以使用try-with-resources语句自动管理资源。
• 字节流和字符流在处理文本文件时，字符流更为方便，因为字符流会处理字符编码的转换问题。
• 在进行大量数据的读写操作时，建议使用带缓冲区的流（如BufferedInputStream、BufferedOutputStream、BufferedReader、BufferedWriter），以提高效率。

节点流与处理流

节点流，可以从一个特定的数据源读写数据，如FileRreader、FileWriter。

• 节点流是底层流，直接和数据源（如文件、内存区域、网络连接等）相连接。
• 它提供了基本的读写功能，但功能相对简单，操作可能不够灵活或高效。
  
  

处理流（也叫包装流），是“连接”在 已存在的流（节点流或处理流）之上，为程序提供更为强大的读写功能，如 BufferedReader、BufferedWriter

• 处理流不对数据源或目标直接操作，而是对已有的流进行包装，从而提供更高级别的功能。
• 它通过消除不同节点流的实现差异，提供了一致的接口和更便捷的操作方法。
• 处理流通常可以提高数据处理的效率，如通过缓冲来减少实际的读写次数。

节点流与处理流表格：

Java IO流的应用场景

Java IO（输入/输出）流在Java编程中有着广泛的应用场景，主要用于处理数据的读取和写入操作。
以下是Java IO流的一些主要应用场景：

1. 文件读写

• 读取文件：通过IO流可以读取文件中的数据，如配置文件、日志文件等。这包括使用FileInputStream、FileReader、BufferedReader等类来读取字节或字符数据。
• 写入文件：通过IO流可以将数据写入文件，如生成报表文件、记录系统日志等。这包括使用FileOutputStream、FileWriter、BufferedWriter等类来写入字节或字符数据。

2. 网络通信

• 数据传输：在网络编程中，IO流用于客户端与服务器之间的数据传输。例如，在Socket通信中，可以通过IO流发送和接收数据。
• HTTP请求：在处理HTTP请求时，IO流用于读取请求数据（如表单数据、文件上传等）和写入响应数据。

3. 数据库操作

• 数据备份与恢复：通过IO流，可以将数据库中的数据导出到文件中进行备份，或者从文件中读取数据来恢复数据库。
• 数据迁移：在数据库迁移过程中，IO流用于在不同数据库系统之间传输数据。

4. 文本处理

• 文本读取与写入：Java IO流提供了读取和写入文本文件的功能，使得文本处理变得简单高效。例如，可以使用FileReader和FileWriter类来处理文本文件。
• 文本格式化：通过IO流，可以对文本数据进行格式化处理，如读取CSV文件、生成XML或JSON格式的数据等。

5. 图像处理

• 图像读取与写入：虽然字节流（如FileInputStream和FileOutputStream）通常用于处理图像文件，但Java也提供了专门的图像处理库（如Java Image I/O API）来更高效地处理图像数据。然而，在底层，这些库仍然使用IO流来读取和写入图像文件。

6. 音视频处理

• 音视频文件的读取与写入：类似于图像处理，音视频文件的处理也涉及到IO流的使用。虽然Java标准库中没有直接提供音视频处理的API，但可以通过第三方库（如JMF、Xuggler等）来实现，这些库在底层也会使用IO流来读取和写入音视频数据。

7. 数据加密与解密

• 数据加密：在需要将敏感数据进行加密存储或传输时，可以使用IO流配合加密算法来实现。例如，可以使用CipherOutputStream来加密数据，并将其写入文件或通过网络发送。
• 数据解密：相应地，也可以使用CipherInputStream来解密接收到的加密数据。

8. 串口通信

• 与硬件设备的通信：在嵌入式系统或需要与硬件设备（如传感器、执行器等）进行通信的应用程序中，IO流也扮演着重要角色。虽然Java标准库中没有直接提供串口通信的API，但可以通过第三方库（如RXTX、jSerialComm等）来实现。

9. 内存操作

• 内存映射文件：Java的FileChannel类提供了内存映射文件的功能，这允许将文件的一部分或全部内容映射到内存中，从而可以通过访问内存来访问文件内容。这实际上也是IO流的一种应用形式。

10. 流式计算

• 日志分析：在处理大量日志数据时，可以使用IO流来逐行读取日志文件，并进行实时分析处理。
  实时数据处理：在需要实时处理数据流的应用程序中（如实时监控系统、在线数据分析等），IO流也是不可或缺的一部分。

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