17.1 什么是 IO？

IO 的概念

IO（Input/Output）是指计算机与外部世界之间的数据交换。在 Java 中，IO 操作主要涉及到数据的读取（Input）和写入（Output）。

IO 的分类

在 Java 中，IO 操作可以分为以下几类：

1. 按流向分：

   • 输入流（Input Stream）：从外部设备读取数据到程序
   • 输出流（Output Stream）：从程序写入数据到外部设备

2. 按数据单位分：

   • 字节流（Byte Stream）：以字节为单位进行操作，适用于所有类型的数据
   • 字符流（Character Stream）：以字符为单位进行操作，适用于文本数据

3. 按功能分：

   • 节点流（Node Stream）：直接与数据源或目标交互的流
   • 处理流（Processing Stream）：对节点流进行包装，提供额外功能

Java IO 体系

Java 的 IO 体系主要由以下类组成：

字节流

• 输入字节流：InputStream 及其子类
• 输出字节流：OutputStream 及其子类

字符流

• 输入字符流：Reader 及其子类
• 输出字符流：Writer 及其子类

字节流 vs 字符流

特性	字节流	字符流
操作单位	字节（8位）	字符（16位）
适用场景	所有类型数据（二进制、文本）	文本数据
基类	InputStream/OutputStream	Reader/Writer
处理编码	不处理编码，直接操作字节	处理编码，将字节转换为字符

常用的 IO 类

字节流

• FileInputStream/FileOutputStream：从文件读取/写入字节
• ByteArrayInputStream/ByteArrayOutputStream：从字节数组读取/写入字节
• BufferedInputStream/BufferedOutputStream：带缓冲区的字节流

字符流

• FileReader/FileWriter：从文件读取/写入字符
• CharArrayReader/CharArrayWriter：从字符数组读取/写入字符
• BufferedReader/BufferedWriter：带缓冲区的字符流
• InputStreamReader/OutputStreamWriter：字节流与字符流的转换

IO 操作的基本步骤

1. 创建流对象：根据需要选择合适的流类
2. 执行 IO 操作：读取或写入数据
3. 关闭流：使用完毕后关闭流，释放资源

示例：使用字节流读取文件

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class ByteStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        FileInputStream fis = null;
        try {
            // 创建字节输入流
            fis = new FileInputStream("example.txt");
            
            // 读取数据
            int data;
            while ((data = fis.read()) != -1) {
                System.out.print((char) data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 关闭流
            if (fis != null) {
                try {
                    fis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

示例：使用字符流读取文件

import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class CharacterStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        FileReader fr = null;
        try {
            // 创建字符输入流
            fr = new FileReader("example.txt");
            
            // 读取数据
            int data;
            while ((data = fr.read()) != -1) {
                System.out.print((char) data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 关闭流
            if (fr != null) {
                try {
                    fr.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

使用 try-with-resources 自动关闭流

Java 7 引入了 try-with-resources 语句，可以自动关闭实现了 AutoCloseable 接口的资源，包括各种 IO 流。

import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class TryWithResourcesExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用 try-with-resources 自动关闭流
        try (FileReader fr = new FileReader("example.txt")) {
            int data;
            while ((data = fr.read()) != -1) {
                System.out.print((char) data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 流自动关闭，不需要 finally 块
    }
}

总结

IO 是 Java 中处理数据输入输出的重要机制：

1. IO 的分类：

   • 按流向：输入流、输出流
   • 按数据单位：字节流、字符流
   • 按功能：节点流、处理流

2. IO 体系：

   • 字节流：InputStream/OutputStream 及其子类
   • 字符流：Reader/Writer 及其子类

3. 字节流 vs 字符流：

   • 字节流适用于所有类型数据
   • 字符流适用于文本数据，处理编码

4. IO 操作步骤：

   • 创建流对象
   • 执行 IO 操作
   • 关闭流（或使用 try-with-resources 自动关闭）

通过合理使用 IO 流，可以实现各种数据的读取和写入操作，满足不同场景的需求。