Java中的基本输入输出流操作

# 第一章：Java中的输入流概述

## 1.1 输入流的概念和作用

输入流是用于从数据源（如文件、网络、内存等）读取数据的Java I/O类。它们用于从外部源读取数据到程序中，是程序与外部数据源交互的桥梁。输入流主要提供了读取不同数据类型的方法，如字节、字符、基本数据类型等。

## 1.2 Java中常用的输入流类介绍

在Java中，常用的输入流类有InputStream及其子类，Reader及其子类。InputStream及其子类用于读取字节数据，而Reader及其子类用于读取字符数据。常见的输入流类包括FileInputStream、BufferedInputStream、DataInputStream等。

## 1.3 如何使用输入流读取数据

下面是一个简单的示例，演示如何使用FileInputStream读取文件中的数据：

import java.io.*;

public class InputStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            FileInputStream input = new FileInputStream("input.txt");
            int data = input.read();
            while (data != -1) {
                System.out.print((char) data);
                data = input.read();
            }
            input.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

代码说明：
- 首先创建FileInputStream对象，指定要读取的文件名。
- 使用read()方法读取文件中的数据，每次读取一个字节。
- 通过循环逐个字节输出所读取的数据，直至文件末尾。
- 关闭输入流。

运行结果：假设input.txt中包含"Hello, World!"，则程序输出"Hello, World!"。

### 第二章：Java中的输出流概述

在Java中，输出流用于将数据写入到目标中，可以是文件、网络连接、内存等。输出流是用于向外部设备传输数据的类，典型的应用包括将程序的输出重定向到文件、将数据写入网络连接、将数据写入内存缓冲区等。

#### 2.1 输出流的概念和作用
输出流是用于写入数据的抽象类，所有输出流类都继承自OutputStream类。输出流的主要作用是向目标设备写入数据，它提供了一系列用于向目标写入字节的方法，例如write(byte[] b)、write(int b)等。

#### 2.2 Java中常用的输出流类介绍
在Java中，常用的输出流类包括FileOutputStream、BufferedOutputStream、DataOutputStream等。其中，FileOutputStream用于向文件写入数据，BufferedOutputStream提供了缓冲区功能以提高写入性能，而DataOutputStream则提供了写入基本数据类型的方法。

#### 2.3 如何使用输出流写入数据
在使用输出流写入数据时，首先需要创建相应的输出流对象，然后调用其写入数据的方法，最后需要及时关闭输出流以释放资源。以下是一个向文件写入数据的示例：

import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class OutputStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            String data = "Hello, Output Stream!";
            File file = new File("output.txt");
            FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(file);
            outputStream.write(data.getBytes());
            outputStream.close();
            System.out.println("Data has been written to the file.");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在上述示例中，我们创建了一个名为"output.txt"的文件，并通过FileOutputStream将字符串数据写入到文件中。在使用完输出流后，我们调用了close()方法来关闭输出流以释放资源。

### 3. 第三章：基本输入流操作
3.1 从文件中读取数据的输入流操作
3.2 从控制台读取数据的输入流操作
3.3 输入流的异常处理和关闭操作

#### 3.1 从文件中读取数据的输入流操作

在Java中，可以使用输入流从文件中读取数据。常用的输入流类包括FileInputStream和BufferedInputStream。下面我们将演示如何使用FileInputStream从文件中读取数据。

import java.io.*;

public class FileInputExample {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            File file = new File("input.txt");
            FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
            int data;
            while ((data = fis.read()) != -1) {
                System.out.print((char) data);
            }
            fis.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

**代码说明：**
- 首先，我们创建了一个File对象，用于表示要读取数据的文件。
- 然后，创建FileInputStream对象并传入文件对象，这样就可以从文件中读取数据。
- 使用read()方法逐个字节地读取数据，并在控制台上输出。
- 最后，要记得在操作完成后关闭输入流，以释放资源。

#### 3.2 从控制台读取数据的输入流操作

除了从文件中读取数据，Java中还提供了System.in作为标准输入流，可以从控制台读取数据。

import java.io.*;

public class ConsoleInputExample {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            System.out.print("Enter your name: ");
            String name = reader.readLine();
            System.out.println("Hello, " + name);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

**代码说明：**
- 使用BufferedReader和InputStreamReader包装System.in，以便从控制台读取数据。
- 调用readLine()方法读取用户输入的内容。
- 最后，输出用户输入的内容。

#### 3.3 输入流的异常处理和关闭操作

在使用输入流时，要注意捕获可能产生的IOException异常，并且及时关闭输入流释放资源，可以使用try-with-resources语句来自动关闭输入流。

import java.io.*;

public class FileInputCloseExample {

    public static void main(String[] args) {
        File file = new File("input.txt");
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream(file)) {
            int data;
            while ((data = fis.read()) != -1) {
                System.out.print((char) data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

**代码说明：**
- 在try语句中创建FileInputStream对象，它将在try代码块结束时自动关闭。
- 使用read()方法读取数据，最后捕获可能的IOException异常。

以上是关于基本输入流操作的介绍，包括从文件和控制台读取数据的操作，以及异常处理和关闭输入流的注意事项。在实际开发中，要根据具体的需求选择合适的输入流类，并养成良好的资源管理习惯，以避免资源泄漏和其他潜在的问题。
### 4. 第四章：基本输出流操作

在这一章中，我们将介绍Java中的基本输出流操作，包括向文件中写入数据的输出流操作以及向控制台输出数据的输出流操作。

#### 4.1 向文件中写入数据的输出流操作

在Java中，可以使用输出流将数据写入文件。其中，最常用的输出流类是`FileOutputStream`。接下来，让我们看看如何使用`FileOutputStream`将数据写入文件。

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class FileOutputExample {
    public static void main(String[] args) {
        String data = "Hello, Output Stream!";
        try {
            FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream("output.txt");
            byte[] bytes = data.getBytes();
            outputStream.write(bytes);
            outputStream.close();
            System.out.println("Data has been written to the file.");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在上面的示例中，我们创建了一个名为`output.txt`的文件，并向其中写入了字符串数据。首先，我们使用`FileOutputStream`打开文件，然后将字符串转换为字节数组，并使用`write`方法将数据写入文件。最后，记得关闭输出流。

**代码总结：** `FileOutputStream`是用于向文件中写入数据的输出流类，通过`write`方法可以将数据写入文件。

**结果说明：** 运行上面的代码后，将在当前目录下创建`output.txt`文件，并在其中写入字符串数据。

#### 4.2 向控制台输出数据的输出流操作

除了向文件中写入数据，我们也可以使用输出流将数据输出到控制台。在Java中，`System.out`是用于表示标准输出流的对象。接下来，让我们看一个简单的示例，演示如何向控制台输出数据。

public class ConsoleOutputExample {
    public static void main(String[] args) {
        String message = "Hello, Console Output Stream!";
        System.out.println(message);
    }
}

在上面的示例中，我们直接使用`System.out.println`方法向控制台输出了一条消息。

**代码总结：** `System.out`表示标准输出流，可以通过`println`方法向控制台输出数据。

**结果说明：** 运行上面的代码后，将在控制台输出字符串数据。

#### 4.3 输出流的异常处理和关闭操作

在使用输出流的过程中，我们需要注意异常处理和资源的关闭。以下是一个使用`FileOutputStream`的示例，其中包含了异常处理和资源的关闭操作。

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class ExceptionAndCloseExample {
    public static void main(String[] args) {
        String content = "Exception and Close Example";
        try (FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream("output.txt")) {
            byte[] bytes = content.getBytes();
            outputStream.write(bytes);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在上面的示例中，使用了Java 7引入的try-with-resources语句，可以简化资源的关闭操作。此外，我们在try块中执行了写入文件的操作，并在catch块中处理了可能发生的IO异常。

**代码总结：** 在使用输出流时，需要进行异常处理，确保资源的关闭操作，可以使用try-with-resources语句简化关闭操作。

**结果说明：** 运行上面的代码后，将在当前目录下创建`output.txt`文件，并在其中写入字符串数据。

### 5. 第五章：Java中的数据流

数据流在Java中是一种特殊的输入/输出流，可以用于读写基本数据类型和字符串。它们提供了一种方便的方式来处理基本数据类型的输入和输出，而无需进行手工转换和编解码操作。本章将介绍数据流的概念、常用类的使用方法以及相关注意事项和性能优化。

#### 5.1 数据流的介绍和应用场景

数据流是用于读写基本数据类型和字符串的输入/输出流。在实际应用中，当需要将原始数据以二进制形式进行输入和输出时，数据流能够提供方便和高效的解决方案。它们通常用于网络编程、文件序列化和其他需要将数据以原始二进制形式进行读写的场景。

#### 5.2 DataInputStream和DataOutputStream的使用方法

在Java中，可以使用DataInputStream和DataOutputStream来进行数据流的输入和输出操作。这两个类分别提供了读取基本数据类型和字符串的方法，以及将基本数据类型和字符串写入输出流的方法。

import java.io.*;

public class DataStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 写入数据
            DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream("data.txt"));
            out.writeUTF("Hello, this is a string.");
            out.writeInt(123);
            out.writeDouble(3.14);
            out.close();

            // 读取数据
            DataInputStream in = new DataInputStream(new FileInputStream("data.txt"));
            String str = in.readUTF();
            int num = in.readInt();
            double dbl = in.readDouble();
            System.out.println("String: " + str);
            System.out.println("Int: " + num);
            System.out.println("Double: " + dbl);
            in.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

**代码总结**：上述代码中，我们演示了如何使用DataInputStream和DataOutputStream进行数据流的读写操作。我们先创建一个数据输出流，向其中写入一个字符串、一个整数和一个浮点数，然后关闭数据输出流。接着创建一个数据输入流，从中读取之前写入的数据，分别读取字符串、整数和浮点数，并在控制台上进行打印。

**结果说明**：运行上述代码，将在控制台上看到成功读取和输出了之前写入的字符串、整数和浮点数数据。

#### 5.3 数据流的注意事项和性能优化

在使用数据流时，需要注意以下几点：

- 数据流不是人类可读的文本格式，而是用于读写基本数据类型和字符串的二进制格式，因此在跨平台、跨语言传输时需要特别小心。
- 由于数据流是按照特定的顺序写入和读取数据的，因此必须确保读写顺序一致，否则可能会导致数据错误。
- 数据流的性能通常比字符流和缓冲流高，适合用于处理大量基本数据类型的读写操作。

为了进一步优化数据流的性能，可以考虑使用缓冲技术或者压缩技术来加速数据流的读写操作，以适应更多的应用场景。

### 6. 第六章：Java中的字符流

字符流是以字符为单位进行数据读写的，相比于字节流，字符流更适合操作文本数据。在Java中，字符流主要由InputStreamReader和OutputStreamWriter来实现。接下来我们将详细介绍字符流的概念、用途以及基本用法。

#### 6.1 字符流的概念和用途

字符流是以字符为单位进行读写操作的数据流，它适用于处理文本文件。在字符流中，数据以字符的形式进行传输，无论是ASCII字符、Unicode字符，还是其他编码格式的字符，都可以通过字符流进行读写操作。

字符流适用于处理包含文本信息的文件，比如文本文件、配置文件、XML文件等。使用字符流可以方便地进行文本数据的读取和写入，并且能够处理各种不同编码格式的文本数据。

#### 6.2 InputStreamReader和OutputStreamWriter的基本用法

在Java中，字符流主要由InputStreamReader和OutputStreamWriter来实现。它们可以方便地将字节流转换为字符流，同时支持指定字符集进行编解码操作。

##### 6.2.1 InputStreamReader的基本用法

InputStreamReader是从字节流到字符流的桥梁，它将字节流按指定的字符集编码成字符流。以下是一个简单的使用示例：

import java.io.*;

public class InputStreamReaderExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt");
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis, "UTF-8");
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);

            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }

            br.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

上面的示例演示了如何使用InputStreamReader从文件中读取数据并按照UTF-8编码转换成字符流，然后使用BufferedReader逐行读取并输出到控制台。

##### 6.2.2 OutputStreamWriter的基本用法

OutputStreamWriter是将字符流转换为字节流的桥梁，它可以将字符流按指定的字符集编码成字节流。以下是一个简单的使用示例：

import java.io.*;

public class OutputStreamWriterExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt");
            OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(fos, "UTF-8");
            BufferedWriter bw = new BufferedWriter(osw);

            String data = "Hello, this is output data.";
            bw.write(data);

            bw.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

上面的示例演示了如何使用OutputStreamWriter将字符串按照UTF-8编码转换为字节流，并写入到文件中。

#### 6.3 字符流与字节流之间的转换和选择的考量

在使用Java IO时，需要根据实际业务需求和处理的数据类型来选择字符流和字节流。通常情况下，处理文本文件时会选择字符流，而处理二进制文件时则会选择字节流。另外，字符流与字节流之间可以通过InputStreamReader和OutputStreamWriter相互转换，以便更灵活地处理不同类型的数据。

综上所述，字符流适用于处理文本数据，能够更方便地进行文本的读写操作，并且通过字符流与字节流之间的转换可以灵活处理不同类型的数据。在实际开发中，需要根据具体的场景和需求选择合适的流来进行数据的读写操作。