【Java基础|第三十二篇】增强流、缓冲流、标准流、转换流

（九）File流与IO流

3、IO流（增强流部分）

（1）节点流与增强流：

        概述：

                IO流按照功能划分为节点流和增强流

        节点流：        

                最基本的IO流， 直接与数据源或目标进行交互，但缺乏一些高级功能。

                它们提供了最底层的读写功能，可以直接读取或写入底层数据源或目标，如文件、网络连接等。

                节点流只能提供最基本的读写功能，实际开发中我们很少单独使用它们，也解决复杂IO功能。

                上面我们学习的所有流都是节点流：

                        FileInputStream 和 FileOutputStream ：用于读取和写入文件的字节流。

                        FileReader 和 FileWriter ：用于读取和写入文件的字符流

                        ByteArrayInputStream 和 ByteArrayOutputStream ：用于读取和写入字节数组的 

        增强流：

                其在节点流的基础上提供了额外的功能和操作

                增强流提供了更高级的操作和便利性，使得 IO 操作更加方便、高效和灵活

                增强流不可以独立使用，必须通过装饰器模式包装节点流，可以在节点流上添加缓冲、字符编码转换、对象序列化等功能

                常见增强流：缓冲流、标准流、转换流、对象流，数据流，随机访问流等

（2）缓冲流：

<1>缓冲思想：

        在 Java 的 I/O 流中，缓冲思想是一种常见的优化技术，用于提高读取和写入数据的效率。它通过在内存中引入缓冲区（Buffer）来减少实际的 I/O 操作次数，从而提高数据传输的效率。

        缓冲思想的基本原理是将数据暂时存储在内存中的缓冲区中，然后按照一定的块大小进行读取或写入操作。相比于直接对磁盘或网络进行读写操作，使用缓冲区可以减少频繁的 I/O 操作，从而提高效率。

<2>缓冲流概述：

         缓冲流（Buffered Streams）也叫高效流，是一种非常有用的增强流，提供了缓冲功能，可以提高 IO 操作的效率。

        缓冲流它们通过在内存中创建一个缓冲区，将数据暂时存储在缓冲区中，然后批量读取或写入数据，减少了频繁的磁盘或网络访问，从而提高了读写的性能。 

        常见的缓冲流：bufferedInputStream、bufferedOutputStream 缓冲字节输入输出流

                                  bufferedReader，bufferedWriter  缓冲字符输入输出流

内存字节流与缓冲流的区别：

        内存字节流中，内存中的字节数组扮演的是数据的目的地，数据源；他解决得是数据的临时存储，主要用于需要短暂存储的数据，不用放在硬盘中，提高了速率，数据随流对象存在。

        缓冲流：内存中的缓冲区扮演一个中间角色，作为流的增强器（从输入流拿去一部分数据到缓存区，等缓存区满之后一次性传给程序，或者从输出流拿取一部分数据放在缓存区，等到缓存区满之后一次性传给输入流，减少了输入流与输出流与硬盘之间的频繁操作，提高了传输速率）。

        总而言之，内存字节流内存中的字节数组本质是数据容器，替代了硬盘或者是其他外部设备的存储功能。而缓冲流本质是性能优化的中间层，不存储最终的数据，只在程序与外部设备之间增加缓冲层。

<3>缓冲字节流：

①缓冲字节输入流：bufferedInputStream 

         继承四大父类InputStream

class BufferedInputStream extends FilterInputStream {//省略...//默认缓冲区大小8192字节private static int DEFAULT_BUFFER_SIZE = 8192;//字节数组protected volatile byte buf[];//缓冲区最大字节数private static int MAX_BUFFER_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;//缓冲输入流，又称为包装流，使用时需要传入基本输入字节流对象public BufferedInputStream(InputStream in);//size，代表设置读取缓冲大小public BufferedInputStream(InputStream in, int size);
}

         主要方法：所继承的是文件字节输入流的read方法，依旧是3种

         构造方法：由上图部分源码可知，构造方法有两个，注意参数是字节节点流对象，必须是字节输入流父类对象或者是子类的对象。

 ②缓冲字节输出流：bufferedOutputStream

        继承四大父类：OutputStream       

public class BufferedOutputStream extends FilterOutputStream {//省略...protected byte buf[];//使用时需要传入基本输出字节流对象,默认缓冲区大小8192字节public BufferedOutputStream(OutputStream out) {this(out, 8192);}//size，代表设置写入缓冲大小public BufferedOutputStream(OutputStream out, int size);
}

        主要方法：所继承的是文件字节输出流的write方法，依旧是3种

        构造方法：由上图部分源码可知，构造方法有两个，注意参数是字节节点流对象，必须是字节输入流父类对象或者是子类的对象。

案例展示：缓冲流拷贝内容与节点流拷贝内容的比较

public class Test026_Buffered {public static void main(String[] args) throws Exception {//1.创建流对象FileInputStream fis = new FileInputStream("D:\\test\\1.png");FileOutputStream fos = new FileOutputStream("D:\\test\\2.png");//2.借助节点流流 进行 逐行读取long start = System.currentTimeMillis();int data;while((data = fis.read()) != -1) {fos.write(data);}long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("拷贝完成,拷贝时长: " + (end - start) + "ms");//3.只需要关闭 最后的增强流对象即可fos.close();fis.close();}
}
//输出结果：文件大小5M左右，注意每次运行结果稍微不同
拷贝完成,拷贝时长: 36410ms

public static void main(String[] args) throws Exception {//1.创建缓冲流FileInputStream fis = new FileInputStream("D:\\test\\1.png");// 注意：缓冲流是增强流，其底层借助节点流实现功能，所以创建时须传入一个节点流对象BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("D:\\test\\2.png"));//2.借助缓冲流 进行 逐行读取long start = System.currentTimeMillis();byte[] buff = new byte[1024];int len;while((len = bis.read(buff)) != -1) {bos.write(buff, 0, len);//刷新缓冲流bos.flush();}long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("拷贝完成,拷贝时长: " + (end - start) + "ms");//3.只需要关闭 最后的增强流对象即可bos.close();bis.close();
}
//输出结果：文件大小5M左右，注意每次运行结果稍微不同
拷贝完成,拷贝时长: 35ms

从两个的对比中，可以明显看到缓冲流提高了速率。

<4>缓冲字符流：

缓冲字符输入流：bufferedeader

        继承四大父类Reader

public class BufferedReader extends Reader {//省略...//基础流private Reader in;//字符数组private char cb[];//默认缓冲区大小private static int defaultCharBufferSize = 8192;//缓冲输入流，又称为包装流，使用时需要传入基本输入字符流对象public BufferedReader(Reader in);//size，代表设置读取缓冲大小public BufferedReader(Reader in, int size);//新增功能：逐行读取数据//如果没有下一行数据了，返回`null`public String readLine() throws IOException;
}

        构造方法：由上图部分源码可知，构造方法有两个，注意参数是节点流对象，必须是字符输入流对象或者是它的子类对象

        主要方法：String readline（）：一次性读取一整行文本

                                缓冲字符输入流对象调用，返回所获取到的字符串，无参

                          Reader父类中有方法：

                                boolean ready（）返回true表示当前流还可以继续读取数据

                                                              返回false表示可能要结束或需要等待数据

                                                              用于读取数据是检验是否还有数据可读

                           其他的read方法与文件字符输入流一样。

缓冲字符输出流：bufferedWriter

        继承四大父类Writer

public class BufferedWriter extends Writer {//省略...//基础流private Writer out;//字符数组private char cb[];//默认缓冲区大小private static int defaultCharBufferSize = 8192;//缓冲输出流，又称为包装流，使用时需要传入基本输出字符流对象public BufferedWriter(Writer out);//size，代表设置写入缓冲大小public BufferedWriter(Writer out, int size);//新增功能：写入一个换行符，windows、linux等都适用public void newLine() throws IOException;
}

        构造方法：由上图部分源码可知，构造方法有两个，注意参数是节点流对象，必须是字符输出流对象或者是它的子类对象

        主要方法：void newline（） 根据当前系统输出一行后插入换行符

                          其他的写入方法与文件字符输出流一致（Write（String s），write（int c），writer（char[] c））；

案例展示：

public class Test026_BufferedChar {public static void main(String[] args) throws Exception {//1.BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("src/dir/a.txt"));BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("src/dir/b.txt"));//2.逐行读取 输出 最后拷贝String line;//读取整行数据 不包含 换行符while((line = br.readLine()) != null) {//输出读取整行数据System.out.println("read: " + line);//将读取的整行数据 写入b.txtbw.write(line);//额外写换行符: 如果后续没有数据了，则不要再写换行符// ready()返回false可理解为：马上要读取到文件尾if(br.ready())bw.newLine();}//3.bw.close();br.close();}
}

（3）标准流：

<1>概述：

        标准流（Standard Streams）是指三个预定义的流对象，用于处理标准输入、标准输出和标准错误。这些标准流在 Java 中是自动创建的，无需显式地打开或关闭。

<2>标准输入流：System.in

        它是一个字节流（InputStream），用于从标准输入设备（通常是键盘）读取数据。可以使用 Scanner 或 BufferedReader 等类来读取标准输入流的数据。

        主要用法：一般借助Scanner与bufferedReader

                Scanner sc = new Scanner(System.in);

                bufferedReader r = new BufferedReader(System.in);

                String a = r.readline();  一行一行读     

        默认从控制台写入，如果想要将文件中的写入，可以使用System.setIn(InputStream is)          

<3>标准输出流：

        它是一个字节流（PrintStream），用于向标准输出设备（通常是控制台）输出数据。可以使用 System.out.println() 或 System.out.print()等方法来输出数据到标准输出流。

        默认输出到控制台，如果想输出到文件中，可以使用System.setOut(printStream ps) ；

<4>标准错误流： 

        用于向标准错误设备（通常是控制台）输出错误信息。与标准输出流相比，标准错误流通常用于输出错误、警告或异常信息。

        默认输出到控制台，如果想输出到文件中，可以使用System.setErr(PrintStream ps)

  PrintStream：一个增强流

                        提供了一系列print与println方法，可以输出各种数据类型得值，并自动转化为字符创形式。

                        特殊之处：构造方法可以直接传路径，可以不传流对象