Java：IO流——基础篇

目录

前言

一、File 类

1、概述

①构造方法

②实例对象

2、使用

①查看名称、路径、长度

②判断、创建和删除操作

③目录遍历操作

二、IO流

1、流的概念

2、流的分类

①按数据流向

②按数据类型

③按功能

3、字节流

⑴FileInputStream——文件输入流

⑵FileOutputStream——文件输出流

⑶ByteArrayInputStream——内存输入流

⑷ByteArrayOutputStream——内存输出流

4、字符流

⑴文件字符流

⑵操作字节文件？

前言

        IO（Input/Output）流的概念源于早期计算机系统对数据传输的抽象

        在Java诞生前的1990年代

        C/C++等语言处理文件操作需要直接调用操作系统API

        代码繁琐且不可移植

        Java的创造者们从Unix"一切皆文件"的哲学中获得灵感

        设计了统一的IO流模型

        使开发者能用一致的方式处理各种数据源

一、File 类

在介绍具体的IO操作前

我们先来学习一下File类

至于为什么，我们可以这么理解：

首先，File类并不是直接处理文件内容

而是专门用来操作文件和目录的路径信息

就像一个导航一样

所有的IO流操作都需要一个明确的目标

从哪个文件读取数据？

要向哪个文件写入数据？

这就需要File类来指定

1、概述

java.io.File 类

是文件和目录路径名的抽象表示

主要用于文件和目录的创建、查找和删除等操作

①构造方法

先来看一下源码：

package java.io;public class File implements Serializable, Comparable<File>{//通过将给定路径名字符串来创建新的 File实例public File(String pathname) {if (pathname == null) {throw new NullPointerException();}this.path = fs.normalize(pathname);this.prefixLength = fs.prefixLength(this.path);}//从【父级路径名和子路径名字符串】创建新的 File实例public File(String parent, String child) {//省略...}//用【父级对象和子路径】创建新的 File实例public File(File parent, String child) {//省略...}//省略...
}

②实例对象

简单尝试一下：

import java.io.File;public class Test{public static void main(String[] args){String pathName = "e:/vscode-java/day28/newFile.txt";String parent = "e:/vscode-java/day28";String child = "newFile.txt";//路径和文件名创建文件对象File f1 = new File(pathName);//父级路径和子文件名创建文件对象File f2 = new File(parent, child);//父级文件对象和子路径创建文件对象File parentFile = new File(parent);File f3 = new File(parentFile, child);}
}

一个 File 对象代表硬盘中实际存在的一个文件或者目录

无论该路径下是否存在文件或者目录，都不影响 File 对象的创建

2、使用

①查看名称、路径、长度

//File绝对路径名字符串
public String getAbsolutePath();//File文件构造路径
public String getPath();//File文件或目录的名称
public String getName();//File文件或目录的长度
public long length();

实操一下看看情况：

先来看文件：

此时假设文件 newFile.txt 中的内容为“hello world”

package day28.fileimport java.io.File;public class Test {public static void main(String[] args) {String pathName = "e:/vscode-java/day28/newFile.txt";String parent = "e:/vscode-java/day28";String child = "newFile.txt";//【针对文件】//路径和文件名创建文件对象File f1 = new File(pathName);//父级路径和子文件名创建文件对象File f2 = new File(parent, child);//父级文件对象和子路径创建文件对象File parentFile = new File(parent);File f3 = new File(parentFile, child);//返回文件的名称System.out.println("fi.name:" + f1.getName());//返回文件的构造路径System.out.println("fi.path:" + f1.getPath());//返回文件的绝对路径名字符串System.out.println("fi.absolutePath:" + f1.getAbsolutePath());//返回文件的字节数System.out.println("f1.length:" + f1.length());System.out.println("-----------------");//对比 getPath 和 getAbsolutePathFile f4 = new File("e:/vscode-java/day28/newFile.txt");File f5 = new File("newFile.txt");//返回文件构造路径System.out.println("f4.path:" + f4.getPath());System.out.println("f5.path:" + f5.getPath());//jvm会根据当前的工作目录来确定文件的绝对路径System.out.println("f4.absolutePath:" + f4.getAbsolutePath());System.out.println("f5.absolutePath:" + f5.getAbsolutePath());}
}

这里注意：

在了解 getPath() 和 getAbsolutePath() 区别前

首先要了解一个java运行的机制

虽然我们编译出了 Test.class 文件

我们下意识认为这就是它的全名了

但是java中会认为它的全名是包含包名的

此时也就是 “ day28.file.Test.class ”

所以运行的时候

要去包名的根目录输入运行命令 “ java day28.file.Test ”

此时的工作目录是：e:/vscode-java

那么这个时候就可以回去看这句话了：

        jvm会根据当前的工作目录来确定文件的绝对路径

我们发现，这样生成的绝对路径，好像并不是正确的绝对路径

期望路径：  e:/vscode-java/day28/newFile.txt

实际路径：  e:/vscode-java/newFile.txt



恭喜你，发现了一个常见的 getAbsolutePath() 使用陷阱！



解决办法也很简单：

1、使用相对路径指定完整目录结构
// 正确方式：指定相对路径包含目录
File correctFile = new File("day28/newFile.txt");
System.out.println("正确路径: " + correctFile.getAbsolutePath());
// 输出: e:\vscode-java\day28\newFile.txt
2、使用完整绝对路径（推荐）
// 最可靠方式：使用完整绝对路径
File absoluteFile = new File("e:/vscode-java/day28/newFile.txt");
System.out.println("绝对路径: " + absoluteFile.getAbsolutePath());
// 输出: e:\vscode-java\day28\newFile.txt
3、动态构建路径
// 根据当前工作目录动态构建正确路径
String currentDir = System.getProperty("user.dir");
File correctFile = new File(currentDir, "day28/newFile.txt");
System.out.println("动态构建路径: " + correctFile.getAbsolutePath());

目录大差不差

大家自己尝试即可

需要注意的就是：

        如果File对象是目录时

        调用length()方法

        那么返回值为0



原因：

        public long length()

作用：返回由此抽象路径名表示的文件的长度（字节为单位）

返回值：文件大小（字节），如果文件不存在或者发生IO错误则返回 0L

如果是目录则没有指定返回值，也返回0

②判断、创建和删除操作

//判断文件或目录是否存在
public boolean exists();//判断是否是文件
public boolean isFile();//判断是否是目录
public boolean isDirectory();

//当且仅当具有该名称的文件尚不存在时，创建一个新的空文件
public boolean createNewFile();//创建目录
public boolean mkdir();//创建多级目录
public boolean mkdirs();//文件或目录的删除
public boolean delete();

实操看一下效果：

package day28.file;import java.io.File;
import java.io.IOException;public class Test {public static void main(String[] args) {String parent = "e:/vscode-java/day28";File parentFile = new File(parent);File f4 = new File("e:/vscode-java/day28/newFile.txt");File f5 = new File("newFile.txt");//判断文件是否存在System.out.println("f4.exists:" + f4.exists());System.out.println("f5.exists:" + f5.exists());System.out.println("-----------------");//判断是文件还是目录System.out.println("f4.isFile:" + f4.isFile());System.out.println("f5.isFile:" + f5.isFile());System.out.println("f4.isDirectory:" + parentFile.isDirectory());System.out.println("f5.isDirectory:" + f5.isDirectory());System.out.println("-----------------");File f6 = new File("Test.txt");//创建文件，注意异常处理try {System.out.println("f6.createNewFile:" + f6.createNewFile());} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("-----------------");//删除文件System.out.println("f6.delete:" + f6.delete());System.out.println("-----------------");File f7 = new File("newDir");//创建目录System.out.println("f7.mkdir:" + f7.mkdir());//创建多级目录，会自动创建不存在的父目录File f8 = new File("newDir/newDir");System.out.println("f8.mkdirs:" + f8.mkdirs());System.out.println("-----------------");//删除目录，只能删除空目录//虽然指向完整目录，但是删除的时候只能删最下面一层的空目录System.out.println("f8.delete:" + f8.delete());System.out.println("f7.delete:" + f7.delete());}
}

这里要注意的点就是：

1、创建文件的时候由于源码抛出了异常，所以记得异常处理

2、删除操作时，虽然一次性指向了整个目录，但是只会删除最底端的一个空目录

目录必须为空才可以删除

③目录遍历操作

package java.io;public class File implements Serializable, Comparable<File>{//省略...//目录文件调用该方法，获取目录中所有子文件名，返回String数组//其他文件调用该方法，返回nullpublic String[] list();//目录文件调用该方法，获取目录中所有子文件，返回File数组//其他文件调用该方法，返回nullpublic File[] listFiles();//目录文件调用该方法，获取目录中符合筛选条件的子文件，返回File数组//其他文件调用该方法，返回nullpublic File[] listFiles(FileFilter filter);//省略...
}

案例：

准备目录 e:/vscode-java/test，放入各类文件，并对其遍历：

import java.io.File;
import java.io.IOException;public class Test{public static void main(String[] args){File f9 = new File("test");File[] files = f9.listFiles();for (File file : files) {System.out.println(file.getName());}File f10 = new File("test");f10.mkdir();//放入各类文件File f11 = new File("test/13-类加载、反射");File f12 = new File("test/01-java基础入门.pdf");File f13 = new File("test/01-java基础入门思路.mp4");File f14 = new File("test/11-File、IO流.pdf");try {//创建目录f11.mkdir();//创建文件f12.createNewFile();f13.createNewFile();f14.createNewFile();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}} 
}

二、IO流

1、流的概念

老生常谈的话题，计算机中的概念基本都是抽象的

流就像日常生活中的水

只不过它是以二进制的形式在程序与设备之间流动传输

这里的设备可以是文件、网络、内存等

流具有方向性，分为输入和输出

这里是以Java程序为参照点的

以文件为例：

数据从程序“流向”文件——输出流

数据从文件“流向”程序——输入流

2、流的分类

①按数据流向

输入流（InputStream）：数据从其他设备上读取到程序中的流
输出流（OutputStream）：数据从程序中写出到其他设备上的流

②按数据类型

字节流：以字节为单位（byte），读写数据的流，父类 InputStream 和 OutputStream
字符流：以字符为单位（char），读写数据的流，父类 Reader 和 Writer

几乎所有的流，都是派生自这四个抽象的父类

InputStream：字节输入流类型
OutputStream：字节输出流类型
Reader：字符输入流类型
Writer：字符输出流类型

③按功能

节点流（原始流）
增强流（包装流）

节点流是最基本的 IO流，直接与数据源或目标进行交互，缺乏一些高级功能

增强流在节点流基础上提供了额外的功能和操作

本篇我们主要介绍节点流，下一篇介绍增强流

3、字节流

一切文件数据（文本、图片、视频等）都是以二进制数字的形式进行存储、传输

所以字节流可以传输任意文件数据

使用流操作数据基本步骤：

1、声明流

2、创建流

3、使用流

4、关闭流

InputStream 和 OutputStream 有很多子类

我们先介绍最简单的：

⑴FileInputStream——文件输入流

用于从文件中读取字节数据的

源码（构造方法和 read()方法）：

package java.io;public class FileInputStream extends InputStream{//省略...//构造方法//通过File对象来创建一个 FileInputStreampublic FileInputStream(File file) throws FileNotFoundException;//通过文件路径名(字符串)实例化FileInputStream对象public FileInputStream(String name) throws FileNotFoundException;//read()方法//逐个字节读取,返回值为读取的单个字节public int read() throws IOException;   //小数组读取,将结果存入数组,返回值为读取的字节个数public int read(byte b[]) throws IOException;//小数组读取,存入数组指定位置,返回值为读取的字节个数public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException;//省略...
}

注意，它们都会抛出异常，我们需要异常处理

下面示例为了可读性，我们选择继续抛出异常

①int read()

调用者：FileInputStream对象

参数：无

返回值：读取的字节值（0-255），如果到达文件末尾返回 -1

作用：读取单个字节

注意事项：每次调用只能读取一个字节，效率较低

import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;public class Test {public static void main(String[] args) throws IOException, FileNotFoundException {String path = "newFile.txt";File file = new File(path);//判断文件是否存在，不存在就新建一个if(file.exists()){System.out.println("文件存在");}else{System.out.println("文件不存在");file.createNewFile();}//通过文件对象创建流对象InputStream is = new FileInputStream(file);//读取文件内容int r;while((r = is.read()) != -1){System.out.print((char)r);}is.close();}
}

注意：read()的调用需要放在循环里，否则只会读取一个字节

②int read(byte[] b)

调用者：FileInputStream对象

参数：byte[] b ——用于存储读取数据的字节数组

返回值：实际读取的字节个数，如果到达文件末尾返回 -1

作用：批量读取多个字节到数组中

public static void main(String[] args) throws IOException {//1.创建流对象【IO流对象 跟 文件进行关联】InputStream is = new FileInputStream("D:\\test\\a.txt");System.out.println("is: " + is);//2.读取文件内容// int read(byte[] arr); // 读多个字节，放入arr数组，返回成功读取字节数目，// 如果到文件末尾，则返回-1byte[] arr = new byte[10];int len = is.read(arr);System.out.println("成功读取字节数目：" + len);//遍历数组有效内容for(int i = 0; i < len; i++)System.out.println(arr[i]);System.out.println("------------");//再次读取len = is.read(arr);System.out.println("第二次读取: " + len); // -1//3.关闭流对象,释放资源is.close();
}//输出结果：
is: java.io.FileInputStream@7852e922
成功读取字节数目：3
97
98
99
------------
第二次读取: -1

③int read(byte[] b, int off, int len)

调用者：FileInputStream对象

参数：byte[] b ——用于存储读取数据的字节数组

int off ——指定在字节数组中开始存储数据的位置

int len ——要读取的最大字节数

返回值：实际读取的字节个数，如果到达文件末尾返回 -1

作用：批量读取多个字节到数组中

public static void main(String[] args) throws Exception {//1.创建流对象InputStream is = new FileInputStream("D:\\test\\a.txt");System.out.println("is: " + is);//2.读取// 读取5个字节往arr中 往后偏移3个位置 放入// 如果读取成功，则返回实际读取长度// 如果返回-1，则表示读取到文件末尾byte[] arr = new byte[10];int len = is.read(arr,3,5); //arr[ , , , a, b, c, ...]System.out.println("成功读取: " + len);//遍历数组所有内容for(int i = 0; i < arr.length; i++)System.out.print(arr[i] + " ");//3.关闭资源is.close();
}//输出结果：
is: java.io.FileInputStream@7852e922
成功读取: 3
0  0  0  97  98  99  0  0  0  0

⑵FileOutputStream——文件输出流

用于写入字节数据到文件中

源码（构造方法和 write()方法）：

package java.io;public class FileOutputStream extends OutputStream{//创建文件输出流以写入由指定的 File对象表示的文件。public FileOutputStream(File file) throws FileNotFoundException;//创建文件输出流以指定的名称写入文件public FileOutputStream(String name) throws FileNotFoundException;//追加模式，如果第二个参数不写true默认为false，即写入的数据会覆盖原数据//写上true之后，写入的数据会跟在原数据之后public FileOutputStream(File file, boolean append) throws FileNotFoundException;public void write(int b) throws IOException;public void write(byte b[]) throws IOException;public void write(byte b[], int off, int len) throws IOException;//省略...
}

注意：

创建一个输出流对象时，传入的文件路径可以不存在，不会抛出异常，系统会自动创建这个文件，但是目录必须存在，系统不会自动创建
如果有这个文件，系统默认会清空这个文件的数据

示例1：

提前创建好目录 src/dir，用文件输出流写入字节到 src/dir/a.tx

public class Test_Write {public static void main(String[] args) throws Exception {//1.关联流对象和文件  // 实例化输出流时，目标文件a.txt不存在不会抛异常，系统会自动创建// 但src/dir目录必须存在，系统不会自动创建目录OutputStream os = new FileOutputStream("src/dir/a.txt");System.out.println("os: " + os);//2.写数据os.write(97); //aos.write(98); //bos.write(99); //c//3.关闭资源os.close();}public static void main02(String[] args) throws Exception {//1.关联流对象和文件  OutputStream os = new FileOutputStream("src/dir/a.txt");System.out.println("os: " + os);//2.写数据String str = "abcd";byte[] arr = str.getBytes();//将arr所有元素全部写入文件//写入 会 覆盖 文件原有内容os.write(arr);//3.关闭资源os.close();}public static void main03(String[] args) throws Exception {//1.关联流对象和文件  OutputStream os = new FileOutputStream("src/dir/a.txt");System.out.println("os: " + os);//2.写数据       '1''2''3''4''5'byte[] arr = {49,50,51,52,53,54,55};//os.write(arr,0,arr.length);//从arr[2]开始，获取arr数组的3个字节，即[51,52,53]，然后写入a.txt//写入 会 覆盖 文件原有内容os.write(arr,2,3);// 写出一个换行, 换行符号转成数组写出os.write("\r\n".getBytes());//3.关闭资源os.close();}
}

示例2：

将A.txt的内容拷贝到B.txt

public class Test_Copy {public static void main(String[] args) throws Exception {//1.关联文件和流对象InputStream is = new FileInputStream("src/dir/A.txt");OutputStream os = new FileOutputStream("src/dir/B.txt");//2.拷贝//2.1 逐个字节拷贝    // int r;// while((r = is.read()) != -1) {// os.write(r);// }//2.2 小数组拷贝，使用最多byte[] arr = new byte[8];int len;while((len = is.read(arr)) != -1) {//注意事项：读取多少个字节 就写出多少个字节os.write(arr,0,len);}System.out.println("拷贝完成");//3.关闭资源  //注意：先关闭后打开的，后关闭先打开的os.close();is.close();}
}

⑶ByteArrayInputStream——内存输入流

使用文件流，我们可以操作文件中的数据

使用内存流，我们可以操作内存中字节数组中的数据

用于读取内存中的字节数组中的数据

源码：

package java.io;public class ByteArrayInputStream extends InputStream {protected byte buf[];protected int pos;protected int count;//关键构造器public ByteArrayInputStream(byte buf[]) {this.buf = buf;this.pos = 0;this.count = buf.length;}//省略...
}

示例：

1.从键盘录入1行字符串，将其转换为byte[]

2.由byte[]构建一个内存输入流对象

3.从内存输入流中用小数组方式读取数据，并写入到 src\dir\b.txt 文件中

4.关闭流、释放资源

public class Test_ByteArrayInput {public static void main(String[] args) throws Exception {//1.实例化sc对象 并录入一行字符串Scanner sc = new Scanner(System.in);System.out.println("input line：");String line = sc.nextLine();//2.将字符串转换成字节数组byte[] bytes = line.getBytes();//由 字节数组 构建 内存输入流对象InputStream is = new ByteArrayInputStream(bytes);//创建文件输出流对象OutputStream os = new FileOutputStream("src/dir/b.txt");//3.小数组方式读取内存流数据byte[] arr = new byte[5];int len;while((len = is.read(arr)) != -1) {//4.写入b.txt文件中os.write(arr, 0, len);}System.out.println("文件操作完成！");//5.关闭流、释放资源os.close();// 注意：内存流不需要关闭}
}

⑷ByteArrayOutputStream——内存输出流

用于把数据写入到内存中的字节数组中

源码：

package java.io;public class ByteArrayOutputStream extends OutputStream {//存储数据的数组protected byte buf[];//存入字节数组的元素(字节)个数protected int count;//无参构造器创建的字节数组输出流，数组大小为32个字节public ByteArrayOutputStream() {this(32);}//关键方法：获取内存输出流中存储的数据，返回字节数组public synchronized byte toByteArray()[] {return Arrays.copyOf(buf, count);}//省略...
}

示例：

读取 src/dir/a.txt 文件中的所有内容，写入到字节数组输出流中，然后从字节输出流中获取所有数据，最后转换成String字符串输出

public class Test_ByteArrayOutput {public static void main(String[] args) throws IOException {//1.关联流对象和文件// 创建内存输出流对象[new byte[32]]InputStream is = new FileInputStream("src/dir/a.txt");ByteArrayOutputStream os = new ByteArrayOutputStream();//2.读取文件内容 然后写入到 内存输出流中byte[] arr = new byte[8];int len;while((len = is.read(arr)) != -1) {//写入 内存输出流os.write(arr, 0, len);}System.out.println("拷贝完成!");//3.关键方法：获取内存输出流中的数据byte[] byteArray = os.toByteArray();//4.将byte[] --> String 并输出System.out.println(new String(byteArray));//5.注意：内存流不需要close()释放资源}
}

再次强调，内存流使用完不需要 close() 释放资源

内存流的底层数据源是内存中的字节数组

会自动被垃圾回收器回收

4、字符流

本质上字符流底层借助字节流实现的

相比于字节流，字符流提供了更高效方便的字符处理方式

可以直接读写字符，无需进行字节与字符的转换

这使得字符流更适合处理文本数据

Reader 和 Writer 同样有很多子类

我们依旧从最简单的开始：

⑴文件字符流

FileReader——用于读取字符文件

FileWriter——用于写出字符到文件

源码：

package java.io;public class FileReader extends InputStreamReader {public FileReader(String fileName) throws FileNotFoundException;public FileReader(File file) throws FileNotFoundException;//省略...
}public class FileWriter extends OutputStreamWriter {public FileWriter(String fileName) throws IOException;public FileWriter(String fileName, boolean append) throws IOException;public FileWriter(File file) throws IOException;public FileWriter(File file, boolean append) throws IOException;//省略...
}

示例：

使用文件字符流拷贝a.txt的文件内容到b.txt的文件末尾

public class Test025_FileReaderWriter {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1.实例化流对象File file1 = new File("src/dir/a.txt");File file2 = new File("src/dir/b.txt");Reader reader = new FileReader(file1);// 设置文件追加Writer writer = new FileWriter(file2,true);// 2.使用流进行文件拷贝int len = -1;char[] buf = new char[8];while ((len = reader.read(buf)) != -1) {writer.write(buf, 0, len);}//刷新流writer.flush();// 3.关闭流writer.close();reader.close();}
}