Java 7源码分析第12篇 - 输入输出流

stream代表的是任何有能力产出数据的数据源，或是任何有能力接收数据的接收源。Java的I/O操作类在java.io包下，这些类可以大概分为两类，操作字节流的和操作字符流的类：
（1）字节流
表示以字节为单位从stream中读取或往stream中写入信息，即io包中的inputstream类和outputstream类的派生类。通常用来读取二进制数据，如图象和声音。
（2）字符流

以Unicode字符为单位从stream中读取或往stream中写入信息。

1、字节输入流

下面来看一下操作字节输入流的类的框架结构：

可以看到：

1.InputStream是所有的输入字节流的父类，它是一个抽象类。

2. ByteArrayInputStream、StringBufferInputStream、FileInputStream是三种基本的介质流，它们分别将Byte数组、StringBuffer、和本地文件中读取数据。PipedInputStream是从与其它线程共用的管道中读取数据。

3. ObjectInputStream和所有FilterInputStream的子类都是装饰流。

详细的介绍如下：

类	功能	如何构造
怎样使用
ByteArrayInputStream	将内存中的Byte数组适配为 一个InputStream。	从内存中的Byte数组创建该对象（2种方法）
一般作为数据源，会使用其它装饰流提供额外的功能，一般都建议加个缓冲功能。
StringBufferInputStream	将内存中的字符串适配为一 个InputStream。	从一个String对象创建该对象。底层的实现使用StringBuffer。该类被Deprecated。 主要原因是StringBuffer不应该属于字节流，所以推荐使用StringReader。
一般作为数据源，同样会使用其它装饰器提供额外的功能。
FileInputStream	最基本的文件输入流。主要 用于从文件中读取信息。	通过一个代表文件路径的String、File对象或者FileDescriptor对象创建。
一般作为数据源，同样会使用其它装饰器提供额外的功能。
PipedInputStream	读取从对应PipedOutputStream 写入的数据。在流中实现了管道的概念。	利用对应的PipedOutputStream创建。
在多线程程序中作为数据源，同样会使用其它装饰器提供额外的功能。
SequenceInputStream	将2个或者多个InputStream对象转 变为一个InputStream.	使用两个InputStream或者内部对象为InputStream的Enumeration对象创建该对象。
一般作为数据源，同样会使用其它装饰器提供额外的功能。
FilterInputStream	给其它被装饰对象提供额外功能的抽 象类	主要子类见下表

在FilterInputStream类下还有一些具体的子类，如下图：

类	功能	如何构造
怎样使用
DataInputStream	一般和DataOutputStream配对使用,完成基本数据类型的读写。	利用一个InputStream构造。
提供了大量的读取基本数据类新的读取方法。
BufferedInputStream	使用该对象阻止每次读取一个字节都会频繁操作IO。 将字节读取一个缓存区，从缓存区读取。	利用一个InputStream、或者带上一个自定义的缓存区的大小构造。
使用InputStream的方法读取，只是背后多一个缓存的功能。
LineNumberInputStream	跟踪输入流中的行号。可以调用getLineNumber() 和setLineNumber(int)方法得到和设置行号。	利用一个InputStream构造。
紧紧增加一个行号。可以象使用其它InputStream一样使用。
PushbackInputStream	可以在读取最后一个byte后将其放回到缓存中。	利用一个InputStream构造。
一般仅仅会在设计compiler的scanner时会用到这个类。一般很少用到。

2、字节输出流

看一下操作字节输出流的类的框架结构：

可以看到：

1.OutputStream是所有的输出字节流的父类，它是一个抽象类。

2. ByteArrayOutputStream、FileOutputStream是两种基本的介质流，它们分别向Byte数组、和本地文件中写入数据。PipedOutputStream是向与其它线程共用的管道中写入数据，

3. ObjectOutputStream和所有FilterOutputStream的子类都是装饰流。下表列出了输出字节流的功能及如何使用它们。

来看一下各个类的具体介绍：

类	功能	如何构造
怎样使用
ByteArrayOutputStream	在内存中创建一个buffer。所有写 入此流中的数据都被放入到此buffer中。	无参或者使用一个可选的初始化buffer的大小的参数构造。
一般将其和FilterOutputStream套接得到额外的功能。建议首先和BufferedOutputStream 套接实现缓冲功能。通过toByteArray方法可以得到流中的数据。
FileOutputStream	将信息写入文件中。	使用代表文件路径的String、File对象或者FileDescriptor对象创建。还可以加一个代表写 入的方式是否为append的标记。
一般将其和FilterOutputStream套接得到额外的功能。
PipedOutputStream	任何写入此对象的信息都被放入对应 PipedInputStream对象的缓存中， 从而完成线程的通信，实现了“管道” 的概念。具体在后面详细讲解。	利用PipedInputStream构造
在多线程程序中数据的目的地的。一般将其和FilterOutputStream套接得到额外的功能。
FilterOutputStream	实现装饰器功能的抽象类。为其它 OutputStream对象增加额外的功能。	见下表
见下表

在FilterOutputStream类下还有一些具体的子类，如下图所示。

类	功能	如何构造
怎样使用
ByteArrayOutputStream	在内存中创建一个buffer。所有写 入此流中的数据都被放入到此buffer中。	无参或者使用一个可选的初始化buffer的大小的参数构造。
一般将其和FilterOutputStream套接得到额外的功能。建议首先和BufferedOutputStream 套接实现缓冲功能。通过toByteArray方法可以得到流中的数据。
FileOutputStream	将信息写入文件中。	使用代表文件路径的String、File对象或者FileDescriptor对象创建。还可以加一个代表写 入的方式是否为append的标记。
一般将其和FilterOutputStream套接得到额外的功能。
PipedOutputStream	任何写入此对象的信息都被放入对应 PipedInputStream对象的缓存中， 从而完成线程的通信，实现了“管道” 的概念。具体在后面详细讲解。	利用PipedInputStream构造
在多线程程序中数据的目的地的。一般将其和FilterOutputStream套接得到额外的功能。
FilterOutputStream	实现装饰器功能的抽象类。为其它 OutputStream对象增加额外的功能。	见下表
见下表

3、字符输入流

1.Reader是所有的输入字符流的父类，它是一个抽象类。

2.CharReader、StringReader是两种基本的介质流，它们分别将Char数组、String中读取数据。PipedReader是从与其它线程共用的管道中读取数据。

3. BufferedReader很明显就是一个装饰器，它和其子类负责装饰其它Reader对象。

4.FilterReader是所有自定义具体装饰流的父类，其子类PushbackReader对Reader对象进行装饰，会增加一个行号。

5.InputStreamReader是一个连接字节流和字符流的桥梁，它将字节流转变为字符流。FileReader可以说是一个达到此功能、常用的工具类，在其源代码中明显使用了将FileInputStream转变为Reader的方法。我们可以从这个类中得到一定的技巧。

4、字符输出流

在上面的关系图中可以看出：

1.Writer是所有的输出字符流的父类，它是一个抽象类。

2. CharArrayWriter、StringWriter是两种基本的介质流，它们分别向Char数组、String中写入数据。PipedWriter是向与其它线程共用的管道中写入数据，

3. BufferedWriter是一个装饰器为Writer提供缓冲功能。

4.PrintWriter和PrintStream极其类似，功能和使用也非常相似。

5.OutputStreamWriter是OutputStream到Writer转换的桥梁，它的子类FileWriter其实就是一个实现此功能的具体类（具体可以研究一下Source Code）。功能和使用和OutputStream极其类似，后面会有它们的对应图。

区别：

Reader和Writer要解决的，最主要的问题就是国际化。原先的I/O类库只支持8位的字节流，因此不可能很好地处理16位的Unicode字符流。Unicode是国际化的字符集(更何况Java内置的char就是16位的Unicode字符)，这样加了Reader和Writer之后，所有的I/O就都支持Unicode了。此外新类库的性能也比旧的好。

但是，Read和Write并不是取代InputStream和OutputStream，有时，你还必须同时使用"基于byte的类"和"基于字符的类"。为此，它还提供了两个"适配器(adapter)"类。InputStreamReader负责将InputStream转化成Reader，而OutputStreamWriter则将OutputStream转化成Writer。