Thinking in java读书笔记 第18章 I/O系统

 ~读书笔记，这章没记录完，有点长哈哈~

对程序语言的设计者来说，创建”一个好的输入/输出（I/O）系统是一项艰难的任务。

18.1 File类

主要介绍了File作为文件和文件夹（路径）的一些方法。File中的list方法，返回的是string，而listFiles返回的则是文件的集合。

18.1.3 文件的检查及创建

（图丢了。。）

测试File的mkdir和mkdirs方法。

当File()为绝对路径的时候，貌似没有任何区别，

当File()为相对路径的时候，mkdir不能创建二级目录（一级目录是可以的）。所以就是说，mkdir不能在不存在的目录中创建文件夹。

18.2 输入和输出

编程语言的I/O库中经常使用“流”这个概念。“流”屏蔽了实际的I/O设备中处理数据的细节。

任何从Inputstream或者Reader派生的类，都有read()方法，用于读单个字节或者字节数组。

任何从Outputstream或者Writer派生的类，都有write()方法，用于写单个字节或者字节数组。

但是我们通常不会使用这些方法，他们之所以存在是因为别的类可以使用它们，以便提供更有效的接口。

因此，我们很少使用单一的类来创建流对象，而是通过叠合多个对象来提供所期望的功能（装饰器设计模式）.

In fact,java中的“流”类库让人迷惑的主要原因在于：创建一个单一的结果流，却需要创建多个对象。

18.2.1 InputStream类型

InputStream的作用是用来表示哪些从不同数据源产生的输入的类。这些数据源包括：

1. 
   

   1. 字节数组

   2. String对象

   3. 文件

   4. “管道”，工作方式与真实管道类似，从一端输入，从另一端输出。

   5. 一个由其他种类的流组成的序列，以便我们可以将它们收集合并到一个流内。

   6. 其他数据源，如Internet连接等。

      
      

   7. （图丢了。。）

18.2.2 OutputStream 类型

FilterOutputStream为“装饰器”类提供了一个基类，装饰器类把属性或者有用的接口与输出流连接起来，这些稍后会做讨论。P535

18.3 添加属性和有用的接口

（装饰器在15章引入….）

18.3.1 通过FilterInputStream从InputStream读取数据

18.3.2通过FilterOutputStream向OutputStream写入

BufferedOutputStream是一个修改过的OutputStream，它对数据流使用缓冲技术，因此每次向流写入时，不必每次都进行实际的物理写入操动作。所以在进行输出时，我们可能更经常的是使用它。

18.4 Reader和Writer

…有时候我们必须把来自“字节”层次结构中的类和“字符”层次中的类结合起来使用。为了实现这个目的，要用到“适配器”adapter类：InputStreamReader可以把InputStream转换为Reader，而OutputStreamReader可以把OutputStream转换成Writer。

18.4.1 数据的来源和去处

因此，最明智的做法是尽量尝试使用Reader和Writer，一旦程序代码无法成功编译，我们就会发现自己不得不使用面向字节的类库。

（P538 表格，来源与去处）

18.4.2 更改流的行为

有一点很清楚：无论我们何时使用readLine()，都不应该使用DataInputStream（这样会遭到编译器的强烈反对），而应该使用BufferedReader，除了这一点，DataInputStream仍是I/O类库的首选成员。

18.5 自我独立的类：RandomAccessFile

说其独立，是因为他不是InputSteam或者OutputStream继承层次结构中的一部分。除了实现了DataInput和DataOutput接口之外，它和这两个继承层次结构完全没有关系。

只有RandomAccessFile支持搜寻方法，并且只是用于文件。

BufferedInputStream却能允许标注（mark()）位置（其值存储于内部某个简单变量内）和重新设定位置(reset())，但这些功能有限，不是非常有用。

在JDK1.4中RandomAccessFile的大多数功能（但不是全部）由nio存储映射文件所取代。

18.6 I/O流的典型使用方式

…异常处理都被简化为将异常传递给控制台，但是这只有在小型实例和工具中才适用….

18.6.1 缓冲输入文件

如果想要打开一个文件永远字符输入，可以使用以String或者File对象作为文件名的FileInputStream。

为了提高速度，我们希望对那个文件进行缓冲，那么我们将所产生的一用传给一个BufferedReader构造器。

由于BufferedReader也提供readLine()方法， 所以这好似我们最终对象和进行读取的接口。当readLine()返回null时，表明达到文件末尾。

String 对象是不可改变的。每次使用 System.String 类中的方法之一时，都要在内存中创建一个新的字符串对象，这就需要为该新对象分配新的空间。在需要对字符串执行重复修改的情况下，与创建新的 String 对象相关的系统开销可能会非常昂贵。如果要修改字符串而不创建新的对象，则可以使用 System.Text.StringBuilder 类。例如，当在一个循环中将许多字符串连接在一起时，使用 StringBuilder 类可以提升性能。

方法名 使用

StringBuilder.Append 将信息追加到当前 StringBuilder 的结尾。

StringBuilder.AppendFormat 用带格式文本替换字符串中传递的格式说明符。

StringBuilder.Insert 将字符串或对象插入到当前 StringBuilder 对象的指定索引处。

StringBuilder.Remove 从当前 StringBuilder 对象中移除指定数量的字符。

StringBuilder.Replace 替换指定索引处的指定字符。

18.6.3 格式化的内存输入

要读取格式化数据，可以使用DataInputStream，它是一个面向字节的I/O类（不是面向字符的）。因此我们必须使用InputStream类而不是Reader类。

如果我们从DataInputStream用readByte()一次一个字节的读取字符，那么任何字节都是合法的结果，因此返回值不能用来检测输入是否结束。相反，我们可以使用available()方法查看还有多少可供存取的字符。

注意，available()的工作方式会随着所读取的媒介类型的不同而有所不同；字面意思就是“在没有阻塞的情况下所能读取的字节数”。对于文件，这意味着整个文件；但是对于不同类型的流，可能就不是这样的，因此要谨慎使用。

我们也可以通过捕获异常来检测输入的末尾。但是，使用异常进行流控制，被认为是对异常特性的错误使用。

18.6.4 基本的文件输出

FileWriter对象可以向文件写入数据。首先，创建一个与指定文件连接的FileWriter。实际上，我们通常会用BufferedWriter将其封装起来用以缓冲输出（尝试移除此包来感受对性能的影响——缓冲往往能显著地增加I/O操作的性能）。

一旦读完输入数据流，readLine()就会返回 null，我们可以看到要为out显式调用close()。如果我们不为所有的输出文件调用close()/////flush()，就会发现缓冲区内容不会被刷新清空，那么它们也就不完整。

18.6.5  存储和恢复数据

如果我们使用DataOutputStream写入数据，Java保证我们可以使用DataOutputStream准确地读写数据——无论读和写数据的平台多么不同。[XML是另一种方案]

当我们使用DataOutputStream时，写字符串并且让DataIntputStream能够恢复它的唯一可靠做法就是使用UTF-8编码，在这个示例中是用writeUTF()和readUTF()来实现的。UTF-8是一种多字节格式，其编码长度根据实际使用的字符集会有所变化。如果我们使用的只是ASCII或者几乎都是ASCII字符（只占7位），那么就显得及其浪费空间和带宽，所以UTF-8将ASCII字符编码成单一字节的形式，而非ASCII字符则编码成2-3个字节的形式。另外，字符串的长度存储在UTF-8字符串的前两个字节中。但是writeUTF()和readUTF()使用的是适合于java的UTF-8遍体（JDK中有这些方法的详尽描述），因此如果我们用一个非java程序读取用writeUTF()缩写的字符串时，必须编写一些特殊代码才能正确读取字符串。

有了writeUTF()和readUTF()，我们就可以用DataOutputStream把字符串和其他数据类型混合，我们知道字符串完全可以作为unicode来存储，并且可以很容易地使用DataInputStream来恢复它。

18.6.6 读写随机访问文件

使用RandomAccessFile，类似于组合使用了DataInputStream和DataOutputStream（因为它实现了相同的接口：DataInput和DataOutput）。另外我们可以看到，seek()方法可以在文件中到处移动，并修改文件中的某个值。

在使用RandomAccessFile时，你必须知道文件排版，这样才能正确地操作它。 RandomAccessFile拥有读取基本类型和UTF-8字符串的各种方法。

18.6.7 管道流

PipedInputStream、PipedOutputStream、PipedReader和PipedWriter在本章只是简单地提到。但这并不表明他们没有什么用处，它们的价值只有在我们开始理解多线程之后才会显现，因为管道流用于任务之间的通信。这些在第21章会用一个示例进行讲述。

18.7 文件读写的实用工具

一个很常见的程序化任务就是读取文件到内存，修改，然后再写出。java I/O类库的问题之一就是：它需要编写相当多的代码去执行这些常用操作——没有任何基本的帮助功能可以为我们做这一切。更糟糕的是，装饰器会使得要记住如何打开文件变成一件相当困难的事。

这节主要是写了两个小工具，TextFile和BinaryFile，用于封装成常见的I/O操作小工具的示例。

18.8 标准I/O

标准I/O这个术语参考的是Unix中“程序所使用的单一信息流”这个概念（在windows和其他许多操作系统中，也有相似形式的实现）。

程序的所有输入都可以来自于标准输入，它的所有输出也都可以送达标准输出，以及所有的错误信息都可以发送到标准错误。

标准I/O的意义在于：我们可以很容易地把程序串联起来，一个程序的标准输出可以成为另一个程序的标准输入。这真是一个强大的工具。

18.8.1 从标准输入中读取

按照标准I/O模型，Java提供了System.in、System.out和System.err。

其中System.out和System.err是已经被包装过的PrintStream，但是System.in却是一个没有被包装过的InputStream，这意味着我们可以立即使用System.out和System.err，但是在读取System.in之前必须对其进行包装。

18.8.2 将System.out转换成PrintWriter

System.out是一个PrintStream。而PrintStream是一个OutputStream。

PrintWriter有一个可以接受OutputStream作为参数的构造器。因此，只要需要，就可以使用那个构造器把System.out转换成PrintWriter。

代码如下

package com.prettydz.exercises;

import java.io.PrintWriter;

public class ChangeSystemOut {

public static void main(String[] args) {

PrintWriter out = new PrintWriter(System.out, true);

out.println("测试");

}

}

PrintWriter的第二个参数true表示自动清空，以便显示出来。

18.8.3 标准I/O重定向

Java的System类提供了一些简单的静态方法调用，以允许我们对标准输入、输出和错误I/O流进行重定向：

setIn(InputStream)

setOut(PrintStream)

setErr(PrintStream)

如果我们突然开始在显示器上创建大量输出，而这些输出滚动得太快以至于无法阅读时，重定向输出就显得极为有用（第22章展示了一种更方便的解决方案：一个GUI程序，具有带滚动的文本区域）。

package com.prettydz.exercises;

 

import java.io.*;

 

public class Redirecting {

public static void main(String[] args) throws IOException {

PrintStream console = System.out;

BufferedInputStream in = new BufferedInputStream(new FileInputStream("D:\\我的桌面\\in.txt"));

PrintStream out = new PrintStream(new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("D:\\我的桌面\\out.txt")));

System.setIn(in);

System.setOut(out);

System.setOut(out);

BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

String zs;

while((zs = br.readLine())!=null){

System.out.println(zs);

}

out.close();

System.setOut(console);

System.out.println("测试");

}

}

这个示例将System.in重定向为in.txt，即从指定文件输入。当读入的是ANSI文件时候，会产生乱码，处理方法就是用Charset类decode一下。

程序开头存储了System.out以便在程序末尾恢复重定向，最后的输出用于console测试。

I/O重定向操作的是字节流，而不是字符流；因此我们使用的是InputStream和OutputStream而不是Reader和Writer。（这个可以用于写程序日志）

18.9 进程控制

你经常会需要在Java内部执行其他操作系统的程序，并且要控制这些程序的输入和输出。Java类库提供了执行这些操作的类。

一个常见的任务就是运行程序，并将产生的结果输出到控制台。

要想运行一个程序，你需要像OSExecute.command()传递一个command字符串，它与你在控制台上运行该程序所需要键入的命令相同。这个命令被传递给java.lang.ProcessBuilder构造器，然后所产生的ProcessBuilder对象被启动。

package com.prettydz.exercises;

 

import java.io.BufferedReader;

import java.io.InputStreamReader;

 

public class OSExecute {

public static void command(String command) {

boolean err = false;

try {

Process process = new ProcessBuilder(command.split(" ")).start();

BufferedReader results = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getInputStream()));

String zs;

while ((zs = results.readLine()) != null) {

System.out.println(zs);

}

BufferedReader errs = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getErrorStream()));

while ((zs = errs.readLine()) != null) {

System.err.println(zs);

err = true;

}

} catch (Exception e) {

// 针对windows的测试

if (!command.startsWith("CMD /C ") && !command.startsWith("cmd /c ")) {

command("CMD /C " + command);

} else

throw new RuntimeException(e);

}

if (err) {

System.err.println("Errors executing :" + command);

}

}

 

public static void main(String[] args) {

OSExecute.command("dir");

}

}

18.10 新I/O

JDK 1.4 的java.nio.*包中引入了新的I/O类库，其目的在于提高速度。实际上，旧的I/O包已经用nio重新实现过，以便充分利用这种速度提高，因此，即使我们不显式地用nio编写代码，也能从中受益。速度的提升在文件I/O和网络I/O中都有可能发生，我们在这里只研究前者，对于后者，在《Thinking in Enterprise Java》中有论述。（FUCK）

速度的提升来自于所使用的结构更接近于操作系统执行I/O的方式：通道和缓冲器。

唯一直接与通道交互的缓冲器是ByteBuffer——也就是说，可以存储未加工字节的缓冲器。

旧I/O类库中有三个类被修改了用以产生FileChannel。这三个被修改的类是FileInputStream FileOutputStream 以及既读又写的RandomAccessFile。注意这些是字节操作，与低层的nio性质一样。Reader和Writer这种字符模式类不能用于产生通道；但是java.nio.channels.Channels类提供了实用方法，用以在通道中产生Reader和Writer。

方法：getChannel()

对于这所展示的任何流类，getChannel()将会产生一个FileChannel。通道是一种相当基础的东西：可以向它传送用于读写的ByteBuffer，并且可以锁定文件的某些区域用于独占式访问（稍后讲述）。

将字节放入ByterBuffer的方法之一是：使用一种put方法直接对它进行填充，填入一个或多个字节，或基本数据类型的值。不过正如所见，也可以使用wrap()方法将已经存在的字节数组包装到ByteBuffer中。一旦如此，就不再复制底层的数组，而是它作为所产生的ByteBuffer的存储器，我们称之为数组支持的ByteBuffer。

对于只读访问，我们必须显式地使用静态方法allocate()方法来分配ByteBuffer。nio的目标就是快速移动大量数据，因此ByteBuffer的大小就显得尤为重要——实际上，这里使用的1K可能比我们通常用的要小一点（必须通过实际运行应用程序来找到最佳尺寸）。

一旦调用read()来告知FileChannel向ByteBuffer存储字节，就必须调用缓冲器上的flip()，让它做好让别人读取字节的准备。

……..P554

18.10.1 转换数据

缓冲器容纳的是普通的字节，为了把它们转换成字节，我们要么在输入它们的时候对其进行编码（这样它们输出市才有意义），要么在将其从缓冲区输出时对它们进行解码。可以使用java.nio.charset.Chaset类实现这些功能。

…….18章后边表示没看完….