2.1 输入/输出流

在Java API中，可以从其中读入一个字节序列的对象叫做输入流，而可以向其中写入一个字节序列的对象叫做输出流。这些字节序列的来源和目的是文件，文件是一个抽象概念，可以是磁盘上的文件，也可以是网络连接，或者是一个内存块。抽象类InputStream和OutputStream构成了输入/输出（I/O）类层级的基础。
在Java应用中，字符都是用UTF-16格式编码的char值来表示的（2个字节），即读取的字节（无论其本身是什么字符编码）最终需要转换为char，而写出的字节最终需要转化为二进制字节（无论其本身是什么字符编码）。为了方便char值的读写，Java 提供了基于抽象类Reader和Writer的独立类层次结构。

2.1.1 读写字节

InputStream抽象类定义了以下抽象方法：

  1. public abstract int read() throws IOException;

这个方法将从当前游标处读入一个字节，并返回读入的字节，或者在遇到输入源结尾时范围-1。在继承并实现具体的输入流时，子类必须实现这个方法。例如，FileInputStream类的read()方法将从某个文件中读入一个字节。
InputStream还有其他非抽象方法，它们都调用read()方法来完成更复杂的功能，比如读入一个字节数组，或者跳过指定数量的字节。另外available()方法将放回可读入的字节数量，具体实现由各子类决定。有些会返回总子节数，有一些返回剩余字节数。
类似的，OutputStream抽象类定义了以下抽象方法

public abstract void write(int b) throws IOException;

它可以向当前游标处写出一个字节。
read()和write()方法在执行时都将阻塞，直至字节确实被读入或写出。这就意味着如果流不能被立即访问（比如网络繁忙），那么当前线程将被阻塞
当你完成对输入/输出流的读写时，应该通过调用close方法来关闭它，这个调用会释放掉十分珍贵的OS资源。关闭一个输出流的同时还会冲刷用于该输出流的缓冲区（若有的话）：所有被临时置于缓冲区中，以便用更大的包的形式传递的字节在关闭输出流时都将被送出。当然，也可以手动调用flush()方法来手动冲刷。如果既不手动冲刷，也不关闭流，那么此时缓冲区中的数据可能永远也不会真的写出。

注意，这里所谓的flush()，只能保证冲刷流自己实现的缓冲区（比如BufferedOutputStream）。而底层操作系统本身其实也会在内核中自动开辟一个缓冲区，那个缓冲区是由操作系统维护的，Java程序控制不了。因此，流的flush()方法，只保证所有字节通过操作系统调用提交了，具体操作系统怎么写入目标文件，那是操作系统的事情。 参考资料：JAVA NIO之浅谈内存映射文件原理与DirectMemory

2.1.2 完整的流家族

流分为字节I/O和char I/O两个独立类体系，其中又各自包含输入和输出两个独立类体系。
Reader和Writer抽象类分别定义了如下抽象方法：

// Reader
// 返回一个UTF-16的码元（0~65545之间的整数），或者在碰到文件结尾时返回-1
abstract public int read(char cbuf[], int off, int len) throws IOException;

// Writer
// 写出一个UTF-16的码元（0~65545之间的整数）
abstract public void write(char cbuf[], int off, int len) throws IOException;

I/O相关的其他接口

  • Closeable：代表流可以调用Close()方法进行关闭。另外由于这个接口扩展了AutoCloseable，因此实现类可以使用try-with-resource语法。InputStream、OutputStream、Reader、Writer都实现了这个接口。（为何不直接使用而是扩展AutoCloseable？这是因为Closeable只能抛出IOException，而AutoCloseable可以抛出任何异常。）
  • Flushable：代表流可以调用flush()方法冲刷缓冲区。OutputStream和Writer实现了这个接口。
  • Readable：提供一个CharBuffer的能力。

  • Appendable：提供添加单个字符和字符序列的能力。只有Writer实现了它。

    2.1.3 组合输入/输出过滤器

    Java中的流可以分为两类，

  • 一类是“底层流”，这些流负责直接与底层文件系统打交道。比如FileInputStream或FileOutputStream，直接与磁盘文件打交道。

  • 一类是“过滤器流”，这些流负责与其他流打交道，完成各种转换工作。比如BufferedInputStream或BufferedOutputStream，提供缓冲功能。

通过在底层流外面包裹多层过滤器流，从而构建出功能各异的流管道。

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2.2 文本输入与输出

在Java存在内码和外码的概念。

  • 内码：即Java应用中表示字符所用的编码，即char值的编码，这个编码总是使用UTF-16。
  • 外码：外部文件所采用的编码，可能是任何编码，比如UTF-8、UTF-32、ASCII等等。

在Java中，我们操作的总是char。而在读取和写出时，外部文件可能是任何编码。因此，这里存在这内码和外码之间的相互转换问题。而处理这个问题的类，就是文本流：Reader和Writer。
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文本流本身不负责字节对外的读写，因此它也不和底层文件打交道。如果文本最终的交互目标是外部文件，那文本流底层必须依赖一个二进制流。换言之，在和外部文件打交道的场景下，文本流本身就是过一种滤器流。而字节流的直接包装器，是InputStreamReader和OutputStreamWriter。
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2.2.1 如何写出文本输出

对于文本输出，推荐使用PrintWriter。

2.2.2 如何读取文本输入

  • 最简单的方式：Scanner类
  • 读取文件的快捷方式：Files类的工具方法Files.readAllLines(path,charset)

    2.2.3 以文本格式存储对象

    2.2.4 字符编码方式

2.3 读写二进制数据

2.3.1 DataInput和DataOutput接口

读写基本数据类型。

2.3.2 随机访问文件

RandomAccessFile类。

2.3.3 ZIP文档

2.4 对象输入/输出流与序列化

2.4.1 保存和加载序列化对象

首先，要求对象本身是支持序列化的。这就要求类实现Serializable接口，这是一个标记接口。
为了保存对象，需要使用ObjectOutputStream对象。
为了将对象读回，需要使用ObjectInputStream对象。

2.5 操作文件

Paths和Files工具类封装了在用户机器上处理文件系统所需的所有功能。

2.5.1 Path

Path类代表一个与系统无关的路径，用于在文件系统中定位一个文件，通常可配合下方的Files工具类完成各种文件操作功能。Paths则是Path相关的工具类。

2.5.2 Files

读取和操作文件的工具类。通常需要配合Path类来使用。Path负责定位文件，Files负责操作文件。

2.6 内存映射文件