Java I/O 好复杂,傻傻分不清楚,别担心,我们有线索了。。。

原创
2020/09/12 15:29
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IO 类图

小帅最近在学Java的IO类库,这么多类看得小帅人头昏眼花,常常是学了这个类,忘了那个类,再过一阵子就全忘了。。。

每次用到的时候,小帅都要重新读文档,看代码,如此循环,身心疲惫。

小帅没办法只好向好朋友小会求助:IO类库太复杂了,我毫无头绪,能不能帮我梳理一下?

小会想了一下,说道:总体来说IO类库分为两大类:字节流字符流,字节流是按字节读取数据,字符流是按字符读取数据。

小帅不解:所有的数据在计算机中都是二进制表示的,都用字节来读取不就行了吗?

为什么还要加个字符流,我用字节读出来,再转成字符不行吗?

小会说:Java中的字符都是用Unicode表示的,即对应一个数字,也就是码点。

如果我们用二进制的字节流读出来是无法看懂的,我们需要用对应的编码格式(比如:UTF-8,UFT-16等)转换成我们可读的字符。

字符流就是专门用来读写人们可读的字符的,这样会方便很多,一步到位,不用再手工转换成字符了。

我把IO类都放在一张图里,这样看上去就清爽了:


小帅:还是好多类啊。。。
小会:别急,我们往下看。

 

 

看个例子

 

我们看一下用字节流,把int数据1到9,写进txt文件的例子:

FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream("text.txt");

DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(outputStream);
for(int i = 0; i < 10; i++) {
    dataOutputStream.writeInt(i);
}
dataOutputStream.close();

text.txt文件内容:

里面保存的都是二进制数据,但是我们是用int的数据类型写进去的(dataOutputStream.writeInt(i);),而不是以二进制的格式写进去的。

小帅疑惑:为什么要用 DataOutputStream写入int数据呢?

我直接用 FileOutputStream 不能写吗?

DataOutputStream有什么作用呢?

小会微微一笑:如果不用DataOutputStream也可以,不过要自己拼成int数据类型的格式,一个int类型占四个字节。

比如1用二进制表示就是 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001,用十六进制表示就是 00 00 00 01。

我们试一下用 FileOutputStream 写入int数字 0,1,2:

FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream("text.txt");
// int 0
 outputStream.write(0);
 outputStream.write(0);
 outputStream.write(0);
 outputStream.write(0);
 // int 1
 outputStream.write(0);
 outputStream.write(0);
 outputStream.write(0);
 outputStream.write(1);
 // int 2
 outputStream.write(0);
 outputStream.write(0);
 outputStream.write(0);
 outputStream.write(2);
 
 outputStream.close();

写入结果:

如果用DataOutputStream 写就是:dataOutputStream.writeInt(0),dataOutputStream.writeInt(1),dataOutputStream.writeInt(2),这样是不简单很多呢?

小帅似乎有点懂了:我知道了,DataOutputStream 是对 FileOutputStream 类功能的增强,让FileOutputStream 类更加强大,起到了装饰的作用。

小会开心道:你说到重点了,IO类看似凌乱,其实有一个精巧的设计模式,贯穿其中,把这么多类有序的组织起来了。

这个设计模式是理解IO类的钥匙,你知道是哪一个设计模式吗?

装饰者模式?小帅疑惑道。

 

装饰者模式

 

是的,就是装饰者模式,我以前写过一篇介绍装饰者模式的文章,可以点开看看: 装饰模式--小美的生日蛋糕

装饰者模式的类图:

 

OutputStream家族类:

这里的FilterOutputStream类就是装饰模式中的抽象装饰类。

它的子类BufferedOutputStream,DataOutputStream,PrintStream就是具体的装饰类,起到了功能增强的作用。

它们本身并没有实现写数据的功能。

看下FilterOutputStream的代码:

写数据的功能是靠被修饰的类实现的,这里的OutputStream out 是要从外面传进来的:


DataOutputStream的writeInt方法实现了功能的增强,可以直接写int类型的数据:

BufferedOutputStream类实现了缓存的功能增强:

也就是说装饰类是给主类锦上添花,主类是锦,装饰类是花,花不能代替锦,主要的功能还得靠“锦”实现的。

 

清晰起来了

 

同理我们来看看其他流:

InputStream家族类:

Writer家族类:


小帅一眼看出了问题:奇怪,FilterWriter装饰类怎么没有子类呢?是不是Writer家族没有用装饰模式呢?

小会微微一笑:不是的,其实还是用了装饰模式,只是实现的方式有点不一样,例如OutputStreamWriter类:


其实是对OutputStream类的装饰,换句话说字符流的底层其实是调用了字节流。

这也很容易理解,因为计算机只能处理二进制数据,本质上还是通过字节流实现的。

Reader家族类:


FilterReader充当了抽象装饰类,PushbackReader是具体的装饰类。

同样的InputStreamReader类其实也实现了装饰模式:

再看个例子

public static void main(String[] args) throws IOException {
try(BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("把酒问月·故人贾淳令予问之.txt")))) {
writer.write("青天有月来几时?我今停杯一问之。");
       writer.newLine();
       writer.write("人攀明月不可得,月行却与人相随。");
       writer.newLine();
       writer.write("皎如飞镜临丹阙,绿烟灭尽清辉发。");
       writer.newLine();
       writer.write("但见宵从海上来,宁知晓向云间没。");
       writer.newLine();
       writer.write("白兔捣药秋复春,嫦娥孤栖与谁邻。");
       writer.newLine();
       writer.write("今人不见古时月,今月曾经照古人。");
       writer.newLine();
       writer.write("古人今人若流水,共看明月皆如此。");
       writer.newLine();
       writer.write("唯愿当歌对酒时,月光长照金樽里。");
}

try(BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream("把酒问月·故人贾淳令予问之.txt")))) {
   String line;
   while((line = reader.readLine()) != null) {
       System.out.println(line);
   }
}}

输出:

青天有月来几时?我今停杯一问之。
人攀明月不可得,月行却与人相随。
皎如飞镜临丹阙,绿烟灭尽清辉发。
但见宵从海上来,宁知晓向云间没。
白兔捣药秋复春,嫦娥孤栖与谁邻。
今人不见古时月,今月曾经照古人。
古人今人若流水,共看明月皆如此。
唯愿当歌对酒时,月光长照金樽里。

OutputStreamWriter增强了FileOutputStream,让它拥有了直接写字符的能力,BufferedWriter增强了OutputStreamWriter,让它拥有了缓存的能力。

同样的,InputStreamReader增强了FileInputStream,让它拥有了直接读字符的能力,BufferedReader增强InputStreamReader,让它拥有了缓存的能力。

 

最后的话

 

Java的IO类库以前我也看得一脸懵逼,总是觉得太繁琐,太难记了。后来学了装饰者模式才知道,要搞懂Java的IO类库,其实重点是要搞懂装饰者模式。

如果不懂装饰者模式,看多少次也不会理解为什么要这么设计。

当一把锁被锁上的时候,你一直盯着锁看是没有用的,因为钥匙肯定不是插在锁上,一定要去别的地方找钥匙啊。

 

 

 

 

 

 

 

本文分享自微信公众号 - 编程我也会(zhanyingda)。
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