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Java字节流的使用:字节输入/输出流、文件输入/输出流、字节数组输入/输出流

在本章的第一节《Java流的概念》中就提到 InputStream 是 Java 所有字节输入流类的父类,OutputStream 是 Java 所有字节输出流类的父类,它们都是一个抽象类,因此继承它们的子类要重新定义父类中的抽象方法。

下面首先介绍上述两个父类提供的常用方法,然后介绍如何使用它们的子类输入和输出字节流,包括 ByteArrayInputStream 类、ByteArrayOutputStream 类、FileInputStream 类和 FileOutputStream 类。

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。

表 1 InputStream类的常用方法
方法名及返回值类型 说明
int read() 从输入流中读取一个 8 位的字节,并把它转换为 0~255 的整数,最后返回整数。
如果返回 -1,则表示已经到了输入流的末尾。为了提高 I/O 操作的效率,建议尽量
使用 read() 方法的另外两种形式
int read(byte[] b) 从输入流中读取若干字节,并把它们保存到参数 b 指定的字节数组中。 该方法返回
读取的字节数。如果返回 -1,则表示已经到了输入流的末尾
int read(byte[] b, int off, int len) 从输入流中读取若干字节,并把它们保存到参数 b 指定的字节数组中。其中,off 指
定在字节数组中开始保存数据的起始下标;len 指定读取的字节数。该方法返回实际
读取的字节数。如果返回 -1,则表示已经到了输入流的末尾
void close() 关闭输入流。在读操作完成后,应该关闭输入流,系统将会释放与这个输入流相关
的资源。注意,InputStream 类本身的 close() 方法不执行任何操作,但是它的许多
子类重写了 close() 方法
int available() 返回可以从输入流中读取的字节数
long skip(long n) 从输入流中跳过参数 n 指定数目的字节。该方法返回跳过的字节数
void mark(int readLimit) 在输入流的当前位置开始设置标记,参数 readLimit 则指定了最多被设置标记的字
节数
boolean markSupported() 判断当前输入流是否允许设置标记,是则返回 true,否则返回 false
void reset() 将输入流的指针返回到设置标记的起始处

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。

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。

表 2 OutputStream 类的常用方法
方法名及返回值类型 说明
void write(int b) 向输出流写入一个字节。这里的参数是 int 类型,但是它允许使用表达式,
而不用强制转换成 byte 类型。为了提高 I/O 操作的效率,建议尽量使用
write() 方法的另外两种形式
void write(byte[] b) 把参数 b 指定的字节数组中的所有字节写到输出流中
void write(byte[] b,int off,int len) 把参数 b 指定的字节数组中的若干字节写到输出流中。其中,off 指定字节
数组中的起始下标,len 表示元素个数
void close() 关闭输出流。写操作完成后,应该关闭输出流。系统将会释放与这个输出
流相关的资源。注意,OutputStream 类本身的 close() 方法不执行任何操
作,但是它的许多子类重写了 close() 方法
void flush() 为了提高效率,在向输出流中写入数据时,数据一般会先保存到内存缓冲
区中,只有当缓冲区中的数据达到一定程度时,缓冲区中的数据才会被写
入输出流中。使用 flush() 方法则可以强制将缓冲区中的数据写入输出流,
并清空缓冲区

字节数组输入流

ByteArrayInputStream 类可以从内存的字节数组中读取数据,该类有如下两种构造方法重载形式。
  1. ByteArrayInputStream(byte[] buf):创建一个字节数组输入流,字节数组类型的数据源由参数 buf 指定。
  2. ByteArrayInputStream(byte[] buf,int offse,int length):创建一个字节数组输入流,其中,参数 buf 指定字节数组类型的数据源,offset 指定在数组中开始读取数据的起始下标位置,length 指定读取的元素个数。

例 1

使用 ByteArrayInputStream 类编写一个案例,实现从一个字节数组中读取数据,再转换为 int 型进行输出。代码如下:
public class test08 {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] b = new byte[] { 1, -1, 25, -22, -5, 23 }; // 创建数组
        ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(b, 0, 6); // 创建字节数组输入流
        int i = bais.read(); // 从输入流中读取下一个字节,并转换成int型数据
        while (i != -1) { // 如果不返回-1,则表示没有到输入流的末尾
            System.out.println("原值=" + (byte) i + "\t\t\t转换为int类型=" + i);
            i = bais.read(); // 读取下一个
        }
    }
}
在该示例中,字节输入流 bais 从字节数组 b 的第一个元素开始读取 4 字节元素,并将这 4 字节转换为 int 类型数据,最后返回。

提示:上述示例中除了打印 i 的值外,还打印出了 (byte)i 的值,由于 i 的值是从 byte 类型的数据转换过来的,所以使用 (byte)i 可以获取原来的 byte 数据。

该程序的运行结果如下:
原值=1   转换为int类型=1
原值=-1   转换为int类型=255
原值=25   转换为int类型=25
原值=-22   转换为int类型=234
原值=-5   转换为int类型=251
原值=23   转换为int类型=23
从上述的运行结果可以看出,字节类型的数据 -1 和 -22 转换成 int 类型的数据后变成了 255 和 234,对这种结果的解释如下:
  • 字节类型的 1,二进制形式为 00000001,转换为 int 类型后的二进制形式为 00000000 00000000 0000000000000001,对应的十进制数为 1。
  • 字节类型的 -1,二进制形式为 11111111,转换为 int 类型后的二进制形式为 00000000 00000000 0000000011111111,对应的十进制数为 255。

可见,从字节类型的数转换成 int 类型的数时,如果是正数,则数值不变;如果是负数,则由于转换后,二进制形式前面直接补了 24 个 0,这样就改变了原来表示负数的二进制补码形式,所以数值发生了变化,即变成了正数。

提示:负数的二进制形式以补码形式存在,例如 -1,其二进制形式是这样得来的:首先获取 1 的原码 00000001,然后进行反码操作,1 变成 0,0 变成 1,这样就得到 11111110,最后进行补码操作,就是在反码的末尾位加 1,这样就变成了 11111111。

字节数组输出流

ByteArrayOutputStream 类可以向内存的字节数组中写入数据,该类的构造方法有如下两种重载形式。
  1. ByteArrayOutputStream():创建一个字节数组输出流,输出流缓冲区的初始容量大小为 32 字节。
  2. ByteArrayOutputStream(int size):创建一个字节数组输出流,输出流缓冲区的初始容量大小由参数 size 指定。

ByteArrayOutputStream 类中除了有前面介绍的字节输出流中的常用方法以外,还有如下两个方法。
  1. intsize():返回缓冲区中的当前字节数。
  2. byte[] toByteArray():以字节数组的形式返回输出流中的当前内容。

例 2

使用 ByteArrayOutputStream 类编写一个案例,实现将字节数组中的数据输出,代码如下所示。
public class Test09 {
    public static void main(String[] args) {
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        byte[] b = new byte[] { 1, -1, 25, -22, -5, 23 }; // 创建数组
        baos.write(b, 0, 6); // 将字节数组b中的前4个字节元素写到输出流中
        System.out.println("数组中一共包含:" + baos.size() + "字节"); // 输出缓冲区中的字节数
        byte[] newByteArray = baos.toByteArray(); // 将输出流中的当前内容转换成字节数组
        System.out.println(Arrays.toString(newByteArray)); // 输出数组中的内容
    }
}
该程序的输出结果如下:
数组中一共包含:6字节
[1, -1, 25, -22, -5, 23]

文件输入流

FileInputStream 是 Java 流中比较常用的一种,它表示从文件系统的某个文件中获取输入字节。通过使用 FileInputStream 可以访问文件中的一个字节、一批字节或整个文件。

在创建 FileInputStream 类的对象时,如果找不到指定的文件将拋出 FileNotFoundException 异常,该异常必须捕获或声明拋出。

FileInputStream 常用的构造方法主要有如下两种重载形式。
  1. FileInputStream(File file):通过打开一个到实际文件的连接来创建一个 FileInputStream,该文件通过文件系统中的 File 对象 file 指定。
  2. FileInputStream(String name):通过打开一个到实际文件的链接来创建一个 FileInputStream,该文件通过文件系统中的路径名 name 指定。

下面的示例演示了 FileInputStream() 两个构造方法的使用。
try {
    // 以File对象作为参数创建FileInputStream对象
    FileInputStream fis1 = new FileInputStream(new File("F:/mxl.txt"));
    // 以字符串值作为参数创建FilelnputStream对象
    FileInputStream fis2 = new FileInputStream("F:/mxl.txt");
} catch(FileNotFoundException e) {
    System.out.println("指定的文件找不到!");
}

例 3

假设有一个 D:\myJava\HelloJava.java 文件,下面使用 FileInputStream 类读取并输出该文件的内容。具体代码如下:
public class Test10 {
    public static void main(String[] args) {
        File f = new File("D:/myJava/HelloJava.java");
        FileInputStream fis = null;
        try {
            // 因为File没有读写的能力,所以需要有个InputStream
            fis = new FileInputStream(f);
            // 定义一个字节数组
            byte[] bytes = new byte[1024];
            int n = 0; // 得到实际读取到的字节数
            System.out.println("D:\\myJava\\HelloJava.java文件内容如下:");
            // 循环读取
            while ((n = fis.read(bytes)) != -1) {
                String s = new String(bytes, 0, n); // 将数组中从下标0到n的内容给s
                System.out.println(s);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                fis.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
如上述代码,在 FileInputDemo 类的 main() 方法中首先创建了一个 File 对象 f,该对象指向 D:\myJava\HelloJava.java 文件。接着使用 FileInputStream 类的构造方法创建了一个 FileInputStream 对象 fis,并声明一个长度为 1024 的 byte 类型的数组,然后使用 FileInputStream 类中的 read() 方法将 HelloJava.java 文件中的数据读取到字节数组 bytes 中,并输出该数据。最后在 finally 语句中关闭 FileInputStream 输入流。

图 1 所示为 HelloJava.java 文件的原始内容,如下所示的是运行程序后的输出内容。

D:\myJava\HelloJava.java文件内容如下:
/*
*第一个java程序
*/
public class HelloJava {
    // 这里是程序入口
    public static void main(String[] args) {
        // 输出字符串
        System.out.println("你好 Java");
    }
}


HelloJava.java文件内容
图 1  HelloJava.java文件内容

注意:FileInputStream 类重写了父类 InputStream 中的 read() 方法、skip() 方法、available() 方法和 close() 方法,不支持 mark() 方法和 reset() 方法。

文件输出流

FileOutputStream 类继承自 OutputStream 类,重写和实现了父类中的所有方法。FileOutputStream 类的对象表示一个文件字节输出流,可以向流中写入一个字节或一批字节。在创建 FileOutputStream 类的对象时,如果指定的文件不存在,则创建一个新文件;如果文件已存在,则清除原文件的内容重新写入。

FileOutputStream 类的构造方法主要有如下 4 种重载形式。
  1. FileOutputStream(File file):创建一个文件输出流,参数 file 指定目标文件。
  2. FileOutputStream(File file,boolean append):创建一个文件输出流,参数 file 指定目标文件,append 指定是否将数据添加到目标文件的内容末尾,如果为 true,则在末尾添加;如果为 false,则覆盖原有内容;其默认值为 false。
  3. FileOutputStream(String name):创建一个文件输出流,参数 name 指定目标文件的文件路径信息。
  4. FileOutputStream(String name,boolean append):创建一个文件输出流,参数 name 和 append 的含义同上。

注意:使用构造方法 FileOutputStream(String name,boolean append) 创建一个文件输出流对象,它将数据附加在现有文件的末尾。该字符串 name 指明了原文件,如果只是为了附加数据而不是重写任何已有的数据,布尔类型参数 append 的值应为 true。

对文件输出流有如下四点说明:
  1. 在 FileOutputStream 类的构造方法中指定目标文件时,目标文件可以不存在。
  2. 目标文件的名称可以是任意的,例如 D:\\abc、D:\\abc.de 和 D:\\abc.de.fg 等都可以,可以使用记事本等工具打开并浏览这些文件中的内容。
  3. 目标文件所在目录必须存在,否则会拋出 java.io.FileNotFoundException 异常。
  4. 目标文件的名称不能是已存在的目录。例如 D 盘下已存在 Java 文件夹,那么就不能使用 Java 作为文件名,即不能使用 D:\\Java,否则抛出 java.io.FileNotFoundException 异常。

例 4

同样是读取 D:\myJava\HelloJava.java 文件的内容,在这里使用 FileInputStream 类实现,然后再将内容写入新的文件 D:\myJava\HelloJava.txt 中。具体的代码如下:
public class Test11 {
    public static void main(String[] args) {
        FileInputStream fis = null; // 声明FileInputStream对象fis
        FileOutputStream fos = null; // 声明FileOutputStream对象fos
        try {
            File srcFile = new File("D:/myJava/HelloJava.java");
            fis = new FileInputStream(srcFile); // 实例化FileInputStream对象
            File targetFile = new File("D:/myJava/HelloJava.txt"); // 创建目标文件对象,该文件不存在
            fos = new FileOutputStream(targetFile); // 实例化FileOutputStream对象
            byte[] bytes = new byte[1024]; // 每次读取1024字节
            int i = fis.read(bytes);
            while (i != -1) {
                fos.write(bytes, 0, i); // 向D:\HelloJava.txt文件中写入内容
                i = fis.read(bytes);
            }
            System.out.println("写入结束!");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                fis.close(); // 关闭FileInputStream对象
                fos.close(); // 关闭FileOutputStream对象
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
如上述代码,将 D:\myJava\HelloJava.java 文件中的内容通过文件输入/输出流写入到了 D:\myJava\HelloJava.txt 文件中。由于 HelloJava.txt 文件并不存在,所以在执行程序时将新建此文件,并写入相应内容。

运行程序,成功后会在控制台输出“写入结束!”。此时,打开 D:\myJava\HelloJava.txt 文件会发现,其内容与 HelloJava.java 文件的内容相同,如图 2 所示。


图 2

技巧:在创建 FileOutputStream 对象时,如果将 append 参数设置为 true,则可以在目标文件的内容末尾添加数据,此时目标文件仍然可以暂不存在。

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