浅析Java.IO输入输出流 过滤流 Buffer流和Data流

什么是Java IO

Java IO 是针对输入和输出数据的流处理 API。Java IO 库中包含了一组类和接口，提供了对标准输入、输出和文件系统的访问。

在 Java IO 中，数据承载的载体为流（stream）。流是指在数据源和数据目的地之间建立起的一条虚拟的传输通道，数据按照字节的方式在流中传输。Java IO 中的流可以按照接口和实现类分为四种:

1. 字节流
2. 字符流
3. 过滤流
4. 对象流

在本篇攻略中，我们将着重介绍流中的两种：过滤流和缓冲流。

过滤流

过滤流（FilterStream）是一种节点流，它对新的输入流或输出流添加功能的流。FilterInputStream 和 FilterOutputStream 为其提供了基础。所有的过滤流都是对一个输入流或输出流进行操作，因此其作用可以理解为“修饰”流，通过向构造方法中传递InputStream或OutputStream来简化其他流的操作。

使用过滤流可以在运行时根据需要添加或删除某些特性，进而提高流读写的效率和灵活性。

示例1：使用 GZIP 压缩过滤流压缩文件

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.util.zip.GZIPOutputStream;

public class CompressedFile {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String fileInput = "example.txt";
        String fileOutput = "example.gz";
        FileInputStream input = new FileInputStream(fileInput);
        GZIPOutputStream gzipOutput = new GZIPOutputStream(new FileOutputStream(fileOutput));
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int len;
        while ((len = input.read(buffer)) > 0) {
            gzipOutput.write(buffer, 0, len);
        }
        input.close();
        gzipOutput.finish();
        gzipOutput.close();
        System.out.println("File successfully compressed.");
    }

}

上述代码使用 GZIP 压缩过滤流压缩文件。通过使用 GZIPOutputStream 将字节数据压缩成 gzip 文件。需要注意的是，输出流参数中传递的是 FileOutputStream，这是一种节点流，这也可以理解为是一种过滤流。

缓冲流

与过滤流相似，缓冲流（BufferStream）也是一种节点流，它包装了对其他输入输出流的操作，添加了缓存功能，以提高已有输入输出流的效率。所以，它提供了对读写大量数据时的缓存机制，避免了频繁读写硬盘等设备造成的性能问题。

缓冲流依然是与其他输入输出流配合使用的，常用的缓冲流包括BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream。

示例2：从文件中读取大量数据

import java.io.*;

public class ReadFromFile {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String file = "example.txt";
        int bufferSize = 8 * 1024;
        InputStream inputStream = new FileInputStream(file);
        BufferedInputStream bufferedInput = new BufferedInputStream(inputStream, bufferSize);
        byte[] bytes = new byte[bufferSize];
        int offset = 0;
        int numRead;
        while ((numRead = bufferedInput.read(bytes, offset, bufferSize)) > 0) {
            offset += numRead;
        }
        bufferedInput.close();
        System.out.println("File successfully read.");
    }
}

上述代码演示了如何通过缓冲流从文件中读取大量数据。通过使用 BufferedInputStream 及其构造方法的“bufferSize”参数指定缓冲区大小。例如本例中，缓冲大小被设定为 8kb，即缓冲区可以存储 8 * 1024 个字节。读取到的数据先全部存入缓冲区，再从缓冲区获取数据，避免了频繁读写硬盘等设备造成的性能问题，从而使文件的读写效率有了很大的提升。

Data流

Data流是Java IO中的一种数据源和数据目的地都是Java基本数据类型，与其他输入输出流不同，它不仅支持数据的读写，还提供了一些转换数据格式的方法，如 readInt() 和 writeInt() 方法，用于读写整数数据。

Java IO 中的 DataInputStream 和 DataOutputStream 是实现 Data流 的基础。DataOutputStream 提供了向输出流的方法，用来写入基本类型和字符串等常见类型数据；DataInputStream 提供了来自输入流的方法，用来读取和反序列化出写入到 DataOutputStream 中的类型数据。

示例3：读写基本数据类型

import java.io.*;

public class DataStreamExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String dataFile = "example.txt";
        BufferedOutputStream bufferedOutput = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(dataFile));
        DataOutputStream dataOutput = new DataOutputStream(bufferedOutput);

        dataOutput.writeDouble(3.1415926);
        dataOutput.writeInt(1000000);
        dataOutput.writeBoolean(false);

        dataOutput.close();

        BufferedInputStream bufferedInput = new BufferedInputStream(new FileInputStream(dataFile));
        DataInputStream dataInput = new DataInputStream(bufferedInput);

        System.out.println(dataInput.readDouble());
        System.out.println(dataInput.readInt());
        System.out.println(dataInput.readBoolean());

        dataInput.close();
        System.out.println("File successfully read.");
    }
}

上述代码演示了如何使用 Data 输入输出流在文件中读取和写入基本数据类型。该例子首先创建一个文件，并将基本数据类型写入该文件。寻找数据逐个创建一个 DataInputStream，读取文件中的各个数据，再依交叉读取数据读取数据。最后，关闭 DataInputStream，道旁文件读取结束。