字节流/字符流

1 字符集和字符编码

第一个概念就是字符集和字符编码之间的区别：
1、字符集（charset）
字符集指的是一个系统支持的所有抽象字符的集合。字符是各种文字和符号的总称，包括各国家文字、标点符号、图形符号、数字等，常见的字符集有ASCII字符集、GB2312字符集、BIG5字符集、GB18030字符集、Unicode字符集等。
2、字符编码（encoding）
计算机要准确处理各种字符集文字，就要进行字符编码，以便计算机能够识别和存储各种文字。因此字符编码就是讲符号转换为计算机可以接受的数字系统的数，称为数字代码。

1.1 ASCII码

计算机里面只有数字0和1（严格说连0和1都没有，只有开和关，无非是用0和1表示开关的状态罢了），在计算机软件里的一切都是用数字标识的额，屏幕上显示的一个一个字符也是数字。最初使用的计算机在美国，用到的字符很少，因此每一个字符都用一个数字表示，一个字节所能表示的数字反内卫足以容纳所有这些字符。实际上表示这些字符的数字的字节最高位都是0，也就是说这些数字都在0~127之间，如字符a对应97，字符b对应数字98，这种字符与数字的对应编码固定下来之后，这套编码规则被称为ASCII码（美国标准信息交换码）。一张简单的ASCII码表如图：

从表中可以看出ASCII码分为两部分：
1、0~31是控制字符，如换行、回车、删除等
2、32~126是打印字符，可以通过键盘输入并且能够显示出来

1.2 GB2312和GBK

随着计算机在其它国家的普及，许多国家把本地字符集引入了计算机，大大扩展了计算机中字符的范围。一个字节所能表示的范围不足以容纳中文字符（看看上面的ASCII码表就知道了），中国大陆将每一个中文字符都用两个字节表示，原有的ASCII码字符的编码保持不变。
为了将一个中文字符与两个ASCII码字符相区别，中文字符的每个字节最高位为1，中国大陆为每一个中文字符都指定了一个对应的数字，并于1980年制定了一套《信息技术 中文编码字符集》，这套规范就是GB2312。GB2312是双字节编码，总的编码范围是A1~F7，其实A1~A9是富豪区，总共包含682个符号；B0~F7是汉字区，总共包含6763个汉字。
GBK是在1995年制定的后续标准，全称为《汉字内码扩展规范》，是国家技术监督局为Windows 95所制定的新的汉字内码规范。GBK的出现是为了扩展GBK2312，并加入更多的汉字。GBK的编码范围是8140~FEFE（去掉XX7F），总共有23940个码位，能表示21003个汉字，它的编码是和GB2312兼容的，也就是说用GB2312编码的汉字可以用GBK来解码，并且不会有乱码问题。GBK还是现如今中文Windows操作系统的系统默认编码。

1.3 Unicode

在一个国家的本地化系统中出现的一个字符，通过电子邮件传送到另外一个国家的本地化系统中，看到的就不是那个原始字符了，而是另外那个国家的一个字符或乱码，因为计算机里面并没有真正的字符，字符都是以数字的形式存在的，通过邮件传送一个字符，实际上传送的是这个字符对应的字符编码，同一个数字在不同的国家和地区代表的很可能是不同的符号。
为了解决各个国家和地区之间各自使用不同的本地化字符编码带来的不便，人们将全世界所有的符号进行了统一编码，称之为Unicode（统一码、万国码）。所有字符不再区分国家和地区，都是人类共有的符号，如”中”字在Unicode中不再是GBK中的D6D0，而是在任何地方都是4e2d，如果所有的计算机系统都使用这种编码方式，那么4e2d这个字在任何地方都代表汉字中的”中”。Unicode编码的字符都占用两个字节的大小，也就是说全世界所有字符个数不会超过65536个。
当然Unicode只包含65536个字符就想包含全世界所有的字符是远远不够的，所以Unicode提供了字符平面映射，链接地址上就是Wiki百科对于字符平面映射的解读。另外要提一点的是，Unicode是Java和XML的基础。

1.4 UTF-8和UTF-16

Unicode是一种字符集标准，而具体该标准应该如何应用到计算机中，则是另一个话题了，常用的Unicode编码方式有两种：
1、UTF-16。两个字节表示Unicode转换格式，这是定长的表示方法。也就是说不管什么字符都可以使用两个字节表示，两个字节是16Bit，所以叫做UTF-16。UTF-16编码非常方便，每两个字节表示一个字符，这个在字符串操作时大大简化了操作。
2、UTF-8。UTF-16统一采用了两个字节表示一个字符，虽然在表示上非常简单，但是很大一部分字符用一个字节表示就够了，现在需要两个字节，存储空间放大了一倍。UTF-8就采取了一种变长技术，每个编码区域有不同的字码长度，不同类型的字符可以是由1~6个字节组成。
两种编码方式比较，相对来说，UTF-16的编码效率较高，从字符到字节的相互转换可以更简单，进行字符串操作也更好，它更适合在本地磁盘和内存之间使用，可以进行字符和字节之间的快速切换。但是UTF-16并不适合在网络之间传输，因为网络传输易损坏字节流，一旦字节流损坏将很难恢复，所以相比较而言UTF-8更适合网络传输。另外UTF-8对ASCII字符采用单字节存储，单个字符损坏也不会影响后面的其他字符，在编码效率上介于GBK和UTF-16之间，所以，UTF-8在编码效率和编码安全性上做了平衡，是理想的中文编码方式。

2 字节流

Java中的字节流处理的最基本单位为单个字节，它通常用来处理二进制数据。Java中最基本的两个字节流类是InputStream和OutputStream，它们分别代表了组基本的输入字节流和输出字节流。InputStream类与OutputStream类均为抽象类，我们在实际使用中通常使用Java类库中提供的它们的一系列子类。

2.1 字节输入流

InputStream 类及其子类的对象表示字节输入流，InputStream 类的常用子类如下。

• ByteArrayInputStream 类：将字节数组转换为字节输入流，从中读取字节。
• FileInputStream 类：从文件中读取数据。
• PipedInputStream 类：连接到一个 PipedOutputStream（管道输出流）。
• SequenceInputStream 类：将多个字节输入流串联成一个字节输入流。
• ObjectInputStream 类：将对象反序列化。

使用 InputStream 类的方法可以从流中读取一个或一批字节。表 1 列出了 InputStream 类的常用方法。

注意：在使用 mark() 方法和 reset() 方法之前，需要判断该文件系统是否支持这两个方法，以避免对程序造成影响。

2.2 字节输出流

OutputStream 类及其子类的对象表示一个字节输出流。OutputStream 类的常用子类如下。

• ByteArrayOutputStream 类：向内存缓冲区的字节数组中写数据。
• FileOutputStream 类：向文件中写数据。
• PipedOutputStream 类：连接到一个 PipedlntputStream（管道输入流）。
• ObjectOutputStream 类：将对象序列化。

利用 OutputStream 类的方法可以从流中写入一个或一批字节。表 2 列出了 OutputStream 类的常用方法。

3 字符流

java中的字符流处理的最基本的单元是Unicode码元（大小2字节），它通常用来处理文本数据。所谓Unicode码元，也就是一个Unicode代码单元，范围是0x0000~0xFFFF。在以上范围内的每个数字都与一个字符相对应，Java中的String类型默认就把字符以Unicode规则编码而后存储在内存中。然而与存储在内存中不同，存储在磁盘上的数据通常有着各种各样的编码方式。使用不同的编码方式，相同的字符会有不同的二进制表示。

3.1 字符输入流

Reader 类是所有字符流输入类的父类，该类定义了许多方法，这些方法对所有子类都是有效的。

Reader 类的常用子类如下。

• CharArrayReader 类：将字符数组转换为字符输入流，从中读取字符。
• StringReader 类：将字符串转换为字符输入流，从中读取字符。
• BufferedReader 类：为其他字符输入流提供读缓冲区。
• PipedReader 类：连接到一个 PipedWriter。
• InputStreamReader 类：将字节输入流转换为字符输入流，可以指定字符编码。

与 InputStream 类相同，在 Reader 类中也包含 close()、mark()、skip() 和 reset() 等方法，这些方法可以参考 InputStream 类的方法。下面主要介绍 Reader 类中的 read() 方法，如表 1 所示。

3.2 字符输出流

与 Reader 类相反，Writer 类是所有字符输出流的父类，该类中有许多方法，这些方法对继承该类的所有子类都是有效的。
Writer 类的常用子类如下。

1. CharArrayWriter 类：向内存缓冲区的字符数组写数据。
2. StringWriter 类：向内存缓冲区的字符串（StringBuffer）写数据。
3. BufferedWriter 类：为其他字符输出流提供写缓冲区。
4. PipedWriter 类：连接到一个 PipedReader。
5. OutputStreamReader 类：将字节输出流转换为字符输出流，可以指定字符编码。

与 OutputStream 类相同，Writer 类也包含 close()、flush() 等方法，这些方法可以参考 OutputStream 类的方法。下面主要介绍 Writer 类中的 write() 方法和 append() 方法，如表 所示。

注意：Writer 类所有的方法在出错的情况下都会引发 IOException 异常。关闭一个流后，再对其进行任何操作都会产生错误。