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

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在本章的第一节《Java什么是输入/输出流?》中就提到 Java 所有表示字节输入流类的父类是 InputStream,它是一个抽象类,因此继承它的子类要重新定义父类中的抽象方法。所有表示字节输出流类的父类是 OutputStream,它也是一个抽象类,同样子类需要重新定义父类的抽象方法。

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一个字节输入流。

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:
package ch13;
import java.io.ByteArrayInputStream;
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+"ttt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。
package ch13;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.util.Arrays;
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 FiieInputStream(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 E:myjavaHelloJava.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:
package ch13;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
public class Test10
{
    public static void main(String[] args)
    {
        File f=new File("E:/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("E:myjavaHelloJava.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 E:myjavaHelloJava.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:myjavaHelloJava.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");
    }
}


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 F:abc、F:abc.de 和 F: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F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 F:java,否则抛出 java.io.FileNotFoundException 异常。

例 4

同样是读取 E:myjavaHelloJava.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 E:myjavaHelloJava.txt 中。具体的代码如下:
package ch13;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
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("E:/myjava/HelloJava.java");
            fis=new FileInputStream(srcFile);    //实例化FileInputStream对象
            File targetFile=new File("E:/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E:newStudent.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 E:myjavaHelloJava.java 文件中的内容通过文件输入/输出流写入到了 E:myjavaHelloJava.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 E:myjavaHelloJava.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。