面向對象程序設計項目教程本章學習目標：●

掌握File類的使用●

掌握IO流的分類和體系結構●

掌握字符流和字節(jié)流的使用●

了解對象流和過濾流的使用●

了解NIO的特點并掌握Buffer和Channel的使用項目11讀寫文件任務1part了解I/O流

流是一組有序的數(shù)據(jù)序列，是實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入（Input）和輸出（Output）的基礎，可以對數(shù)據(jù)實現(xiàn)讀/寫操作。流（Stream）的優(yōu)勢在于使用統(tǒng)一的方式對數(shù)據(jù)進行操作或傳遞，簡化了代碼操作。按照不同的分類方式，可以將流分為不同的類型。

按照流的流向來分，可以將流分為輸入流和輸出流。輸入流是只能讀取數(shù)據(jù)，而不能寫入數(shù)據(jù)的流；輸出流是只能寫入數(shù)據(jù)，而不能讀取數(shù)據(jù)的流，如圖11.1所示。I/O流概述

按照流所操作的基本數(shù)據(jù)單元來分，可以將流分為字節(jié)流和字符流。字節(jié)流所操作的基本數(shù)據(jù)單元是8位的字節(jié)（byte)，無論是輸入還是輸出，都是直接對字節(jié)進行處理；字符流所操作的基本數(shù)據(jù)單元是16位的字符（Unicode），無論是輸入還是輸出，都是直接對字符進行處理。

按照流的角色來分，可以將流分為節(jié)點流和處理流。節(jié)點流用于從或向一個特定的IO設備（如磁盤、網絡等）讀/寫數(shù)據(jù)的流，也稱為低級流，通常是指文件、內存或管道；處理流用于對一個已經存在的流進行連接或封裝，通過封裝后的流來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀/寫功能，也稱為高級流或包裝流。I/O流概述Java的IO流都是由4個抽象基類派生的，如圖11.2所示。I/O流概述

其中：InputStream/Reader是所有輸入流的基類，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀操作，前者是字節(jié)輸入流，后者是字符輸入流，只是處理的數(shù)據(jù)基本單位不同；OutputStream/Writer是所有輸出流的基類，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫操作，前者是字節(jié)輸出流，后者是字符輸出流，只是處理的數(shù)據(jù)基本單位不同。Java的IO流體系按照功能分類，常用的流如表11-1所示。其中，訪問文件、數(shù)組、管道和字符串的流都是節(jié)點流，必須直接與指定的物理節(jié)點關聯(lián)。I/O流概述任務2part掌握File類的應用File類File類是java.io包下代表與平臺無關的文件和目錄，也就是說，如果希望在程序中操作文件和目錄，都可以通過File類來完成。File類中的方法可以實現(xiàn)文件和目錄的創(chuàng)建、刪除和重命名等，但File類不能訪問文件內容本身。如果需要訪問文件內容本身，則需要使用輸入/輸出流。File類可以使用文件路徑字符串來創(chuàng)建File實例，該文件路徑字符串既可以是絕對路徑，也可以是相對路徑。絕對路徑是從根目錄開始，對文件進行完整描述，例如“D:\data\xsc.txt”；相對路徑是以當前目錄為參照，對文件進行描述，例如“data\xsc.txt”。File類File類File類常用方法及功能如表11-2所示。任務3part實現(xiàn)字節(jié)流讀寫3.1InputStreamInputStream是字節(jié)輸入流，使用InputStream可以從數(shù)據(jù)源以字節(jié)為單位進行讀取數(shù)據(jù)。InputStream類中的常用方法如表11-3所示。3.1InputStreamInputStream類是抽象類，不能直接實例化，因此使用其子類來完成具體功能。InputStream類及其子類的關系如圖11.3所示。3.1InputStreamInputStream常見子類及其功能描述如表11-4所示。3.2OutputStreamOutputStream是字節(jié)輸出流，使用OutputStream可以往數(shù)據(jù)源以字節(jié)為單位寫入數(shù)據(jù)。OutputStream常用方法如表11-5所示。3.2OutputStreamOutputStream類和InputStream類一樣，都是抽象類，不能直接實例化，因此也是使用其子類來完成具體功能。OutputStream類及其子類的關系如圖11.4所示。3.2OutputStreamOutputStream常見子類及其功能描述如表11-4所示。任務4part實現(xiàn)字符流讀寫4.1ReaderReader是字符輸入流，用于從數(shù)據(jù)源以字符為單位進行讀取數(shù)據(jù)。Reader類中常用方法及功能描述如表11.5所示。4.1ReaderReader類是抽象類，不能直接實例化，因此使用其子類來完成具體功能。Reader類及其子類的關系如圖11.5所示。4.1ReaderReader類常用子類及其功能描述如表11.6所示。4.2WriterReader是字符輸入流，用于從數(shù)據(jù)源以字符為單位進行讀取數(shù)據(jù)。Reader類中常用方法及功能描述如表11.5所示。4.2WriterWriter類是抽象類，不能直接實例化，因此使用其子類來完成具體功能。Writer類及其子類的關系如圖11.6所示。任務5part實現(xiàn)過濾流和轉換流讀寫5.1過濾流

過濾流用于對一個已有的流進行連接和封裝處理，以更加便利的方式對數(shù)據(jù)進行讀/寫操作。過濾流又分為過濾輸入流和過濾輸出流。FilterInputStream為過濾輸入流，該類的子類如圖11.7所示。5.1過濾流FilterInputStream各個子類的功能描述如表11-8所示。5.1過濾流FilterOutputStream類為過濾輸出流，其子類的層次關系如圖11.8所示。FilterOutputStream類各個子類的功能如表11-9所示。5.2轉換流Java的IO流體系中提供了兩個轉換流：

●InputStreamReader：將字節(jié)輸入流轉換成字符輸入流。

●OutputStreamWriter：將字符輸出流轉換成字節(jié)輸出流。任務6part實現(xiàn)對象流讀寫6.1對象序列化與反序列化

對象的序列化（Serialize）是指將對象數(shù)據(jù)寫到一個輸出流中的過程；而對象的的反序列化是指從一個輸入流中讀取一個對象。將對象序列化后會轉換成與平臺無關的二進制字節(jié)流，從而允許將二進制字節(jié)流持久地保存在磁盤上，或通過網絡將二進制字節(jié)流傳輸?shù)搅硪粋€網絡節(jié)點；其他程序從磁盤或網絡中獲取這種二進制字節(jié)流，并將其反序列化后恢復成原來的Java對象。6.1對象序列化與反序列化

對象序列化具有以下兩個特點：

●對象序列化可以在分布式應用中進行使用，分布式應用需要跨平臺、跨網絡，因此要求所有傳遞的參數(shù)、返回值都必須實現(xiàn)序列化；

●對象序列化不僅可以保存一個對象的數(shù)據(jù)，而且通過循環(huán)可以保存每個對象的數(shù)據(jù)。

對象序列化和反序列化過程如圖11.9所示。11.6.1對象序列化與反序列化

在Java中，如果需要將某個對象保存到磁盤或通過網絡傳輸，則該對象必須是可以序列化的（serializable）。一個類的對象是可序列化的，則該類必須實現(xiàn)java.lang包下的Serializable接口或Externalizable接口。Java中的很多類已經實現(xiàn)了Serializable接口，該接口只是一個標志接口，接口中沒有任何的方法。實現(xiàn)Serializable接口時無須實現(xiàn)任何方法，它只是用于表明該類的實例對象是可以序列化的。只有實現(xiàn)Serializable接口的對象才可以利用序列化工具保存和復原。6.2ObjectInputStream和ObjectOutputStreamObjectOutputStream是OutputStream的子類，該類也實現(xiàn)了ObjectOutput接口，其中ObjectOutput接口支持對象序列化。該類的一個構造方法如下：ObjectOutputStream(OutputStreamoutStream)throwsIOException{}其中參數(shù)outStream是被寫入序列化對象的輸出流。ObjectOutputStream類的常用方法及其功能如表11-10所示。6.2ObjectInputStream和ObjectOutputStreamObjectInputStream是InputStream的子類，該類也實現(xiàn)了ObjectInput接口，其中ObjectInput接口支持對象序列化。該類的一個構造方法如下：ObjectInputStream(InputStreaminputStream)throwsIOException{}其中inputStream參數(shù)是讀取序列化對象的輸入流。ObjectInputStream類的常用方法及其功能如表11-11所示。任務7part了解NIO7.1NIO概述NIO和傳統(tǒng)的IO有相同的目的，都是用于數(shù)據(jù)的輸入/輸出，但NIO采用了內存映射文件這種與原來不同的方式來處理輸入/輸出操作。Java中與NIO相關的有以下幾個包：

●java.nio包：主要包含各種與Buffer（緩沖）相關的類；

●java.nio.channels包：主要包含與Channel（通道）和Selector相關的類；

●java.nio.charset包：主要包含與字符集相關的類；

●java.nio.channels.spi包：主要包含與Channel相關的服務提供者編程接口；

●java.nio.charset.spi包：主要包含與字符集相關的服務提供者編程接口。7.1NIO概述Buffer和Channel是NIO中兩個核心對象：

●Buffer可以被理解成一個容器，其本質是一個數(shù)組，往Channel中發(fā)送或讀取的對象都必須先放到Buffer中。

●Channel是對傳統(tǒng)的IO系統(tǒng)的模擬，在NIO系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)都需要經過通道傳輸。Channel與傳統(tǒng)的InputStream、OutputStream最大的區(qū)別是提供一個map()方法，通過該方法可以直接將一塊數(shù)據(jù)映射到內存中。傳統(tǒng)的IO是面向流的處理，而NIO則是面向塊的處理。除了Buffer和Channel之外，NIO還提供了用于將Unicode字符串映射成字節(jié)序列以及映射操作的Charset類，也提供了支持非阻塞方式的Selector類。7.2BufferBuffer是一個抽象類，其最常使用的子類是ByteBuffer，用于在底層字節(jié)數(shù)組上進行get/set操作。除了布爾類型之外，其他基本數(shù)據(jù)類型都有對應的Buffer類，例如，CharBuffer、ShortBuffer、IntBuffer等。這些Buffer類都沒有提供構造方法，而是通過下面一個靜態(tài)方法來獲得一個Buffer對象：StaticXxxBufferallocate(intcapacity)：//創(chuàng)建一個指定容量的XxxBuffer對象

通常使用最多的是ByteBuffer和CharBuffer，而其他Buffer則很少使用。其中，ByteBuffer類還有一個名為“MappedByteBuffer”的子類，用于表示Channel將磁盤文件的部分或全部內容映射到內存中所得到的結果，通常MappedByteBuffer對象由Channel的map()方法返回。7.2BufferBuffer還支持一個可選的標記mark，Buffer允許直接將position定位到該mark處。Capacity、limit、position和mark這些值之間滿足以下關系：0<=mark<=position<=limit<=capacityBuffer讀入數(shù)據(jù)后如圖11.10所示。7.2BufferBuffer常用的方法如表11-12所示。7.3ChannelChannel與傳統(tǒng)的IO流類似，但主要有兩點區(qū)別：

●Channel類可以直接將指定文件的部分或全部直接映射成Buffer；

●程序不能直接訪問Channel中的數(shù)據(jù)，Channel只能與Buffer進行交互。Channel是接口，其實現(xiàn)類包括：DatagramChannel、FileChannel、Pipe.SinkChannel、Pipe.SourceChannel、SelectableChannel、ServerSocketChannel、SocketChannel等。所有的Channel對象都不是通過構造方法直接創(chuàng)建，而是通過傳統(tǒng)的節(jié)點InputStream或OutputStream的getChannel()方法來獲取對應的Channel對象，不同的節(jié)點流所獲取的Channel也是不一樣的。例如，F(xiàn)ileInputStream和FileOutputStream的getChannel()方法返回的是FileChannel，而PipeInputStream和PipeOutputStream的getChannel()方法返回的是Pipe.SourceChannel。7.3Channel

在本章節(jié)中，以FileChannel為例，介紹如何使用Channel進行數(shù)據(jù)訪問。FileChannel類中常用的方法如表11-13所示。7.4字符集和CharsetJDK1.4提供了Charset來處理字節(jié)序列和字符序列（字符串）之間的轉換關系，該類包含了用于創(chuàng)建解碼器和編碼器的方法，還提供了獲取Charset所支持字符集的方法。Charset類常用方法如表11-14所示。7.5文件鎖

在NIO中，Java提供了FileLock類來支持文件鎖定功能，在FileChannel類中提供了Lock()/tryLock()方法來獲得文件鎖對象，從而鎖定文件。FileChannel類常用的方法如表11-15所示。7.5文件鎖

當參數(shù)shared為true時，表明該鎖是一個共享鎖，它將允許多個進程來讀取該文件，但阻止其他進程獲得對該文件的排他鎖。當shared為false時，表明該鎖是一個排他鎖，它將鎖住對該文件的讀寫。程序可以通過FileLock類的isShared()方法來判斷它獲得的鎖是否為共享鎖。處理完文件后通過FileLock了的release()方法來釋放文件鎖。Lock()方法和tryLoc()方法的區(qū)別在于：當lock()試圖鎖定某個文件時，如果無法