流

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Java 中最基本输入和输出 (System.in 和 System.out 字段，已在基本 I/O 中使用) 是通过流完成的。流是表示数据源和数据目标的对象。作为数据源的流可以从中读取，而作为数据目标的流可以向其中写入。Java 中的流是长度不确定的字节的有序序列。流是有序且按顺序排列的，以便 Java 虚拟机能够理解并处理该流。流类似于水流。它们像通信中的电磁波一样，作为通信媒介存在。Java 流中的字节顺序或序列使虚拟机能够将其归类于其他流。

Java 具有各种内置流，这些流在 java.io 包中作为类实现，例如 System.in 和 System.out 的类。流可以被归类为输入流和输出流。所有 Java 流都源自输入流 (java.io.InputStream) 和输出流 (java.io.OutputStream) 类。它们是为其他流类准备的抽象基类。System.in 是输入流类衍生物，而 System.out 则是输出流类衍生物。两者都是用于直接与控制台进行交互的基本类，类似地，System.err 也遵循此规则。Java 还拥有用于在程序的不同部分甚至线程之间进行通信的流。还有一些类可以“过滤”流，将一种格式更改为另一种格式 (例如，类 DataOutputStream，它将各种原始类型转换为字节流)。

流的一个特点是它们一次只处理一个离散的数据单元，并且不同的流处理不同类型的数据。例如，如果有一个表示字节目标的流，那么可以一次发送一个字节的数据到该目标。如果一个流是字节数据的源，那么可以一次读取一个字节的数据。由于这是访问流中数据的唯一方式，因此在后一种情况下，在实际到达流的末尾之前，我们并不知道何时已从流中读取了所有数据。在读取流时，通常必须在每次读取操作中检查每个数据单元，以查看是否已到达流的末尾 (对于字节流，特殊值为整数 -1 或 FFFF 十六进制)。

输入流

输入流为我们编写的 Java 应用程序/程序获取字节（例如文件、数组、键盘或显示器等）。InputStream 是一个抽象类，它代表字节数据的源。它有一个 read() 方法，该方法返回流中的下一个字节，还有一个 close() 方法，该方法应在程序完成对流的操作时由程序调用。read() 方法是重载的，可以接受一个字节数组来读取。它有一个 skip() 方法可以跳过一定数量的字节，还有一个 available() 方法，程序可以使用它来确定立即可读的字节数，因为并非所有数据都一定立即准备好。作为一个抽象类，它不能被实例化，但描述了输入流的一般行为。一些具体子类的例子是 ByteArrayInputStream，它从字节数组读取，和 FileInputStream，它从文件读取字节数据。

在以下示例中，我们在屏幕上多次打印 "Hello world!"。打印消息的次数存储在一个名为 source.txt 的文件中。此文件应只包含一个整数，并应放在与 ConfiguredApplication 类相同的文件夹中。

代码清单 9.1：输入流示例。import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
 
public class ConfiguredApplication {
 
  public static void main(String[] args) throws Exception {
 
    // Data reading
    File file = new File("source.txt");
    FileInputStream stream = new FileInputStream(file);
 
    StringBuffer buffer = new StringBuffer();
 
    int character = 0;
    while ((character = stream.read()) != -1) {
      buffer.append((char) character);
    }
 
    stream.close();
 
    // Data use
    Integer readInteger = Integer.parseInt(buffer.toString());
    for (int i = 0; i < readInteger ; i++) {
      System.out.println("Hello world!");
    }
  }
}

close() 方法并不总是强制性的，但可以避免一些进程间并发冲突。但是，如果它在 read() 或 write()（在同一个进程中）之前发生，它们将返回警告 Stream closed。

该类开始使用 File 对象来识别文件名。File 对象由输入流用作流的源。我们创建了一个缓冲区和一个字符来准备数据加载。缓冲区将包含所有文件内容，字符将临时包含文件中存在的每个字符，一次一个。这是在 while{} 循环中完成的。循环的每次迭代都将从流复制一个字符到缓冲区。当流中不再存在字符时，循环结束。然后我们关闭流。代码的最后部分使用我们从文件中加载的数据。它被转换为字符串，然后转换为整数（因此数据必须是整数）。如果它有效，该整数将用于确定我们在屏幕上打印 "Hello world!" 的次数。为了可读性，没有定义 try/catch 块，但应捕获抛出的异常。

让我们尝试使用以下源文件

代码清单 9.2：source.txt4

我们应该得到这个

ConfiguredApplication 的输出

$ java ConfiguredApplication
Hello world!
Hello world!
Hello world!
Hello world!

如果显示 FileNotFoundException 或 IOException，则源可能没有放在正确的文件夹中或其名称拼写错误。
如果显示 NumberFormatException，则文件的内容可能不是整数。

还有 Reader，它是一个抽象类，代表字符数据的源。它类似于 InputStream，只是它处理的是字符而不是字节（请记住，Java 使用 Unicode，因此一个字符是 2 个字节，而不是一个）。它的方法通常与 InputStream 的方法相似。具体子类包括 FileReader 等类，它从文件读取字符，以及 StringReader，它从字符串读取字符。你还可以使用 InputStreamReader 类将 InputStream 对象转换为 Reader 对象，该类可以“包装”在 InputStream 对象周围（通过将其作为参数传递给它的构造函数）。它使用字符编码方案（程序员可以更改）将字节转换为 16 位 Unicode 字符。

输出流

输出流将字节流从我们的程序或应用程序定向到外部环境。OutputStream 是一个抽象类，它是 InputStream 的目标对应类。OutputStream 有一个 write() 方法，可用于将字节写入流。该方法是重载的，可以接受一个数组。close() 方法在应用程序完成对流的操作时关闭流，它还有一个 flush() 方法。流可能会等到有了一定数量的字节才将其一次性写入，以提高效率。如果流对象在写入之前缓冲了任何数据，则 flush() 方法将强制它写入所有这些数据。与 InputStream 一样，该类不能被实例化，但它有与 InputStream 相对应的具体子类，例如 ByteArrayOutputStream、FileOutputStream 等。

在以下示例中，我们将当前时间存储在一个名为 log.txt 的已经存在的文件中，该文件位于与该类相同的文件夹中。

代码清单 9.2：输出流示例。import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.util.Date;
 
public class LogTime {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // Generate data
        String timeInString = new Date().toString();

        // Store data
        File file = new File("log.txt");
        FileOutputStream stream = new FileOutputStream(file);

        byte[] timeInBytes = timeInString.getBytes();

        stream.write(timeInBytes);
        stream.flush();
        stream.close();
    }
}

这种情况比较简单，因为我们可以同时将所有数据放入流中。代码的第一部分生成一个包含当前时间的字符串。然后我们创建一个 File 对象，它识别输出文件，并为该文件创建一个输出流。我们将数据写入流，刷新它并关闭它。就这样。为了可读性，没有定义 try/catch 块，但应捕获抛出的异常。

为了从开头多次读取文本文件，应引入一个 FileChannel 变量，仅用于重新定位读取器。

现在让我们执行它

LogTime 执行

$ java LogTime

我们应该得到这个内容

代码清单 9.4：log.txtTue Oct 8 10:50:44 CEUTC 2024

如果显示 FileNotFoundException 或 IOException，则该文件可能没有创建或没有放在正确的文件夹中。

还有 Writer，它是 OutputStream 的字符对应类，也是 Reader 的目标对应类，它也是一个抽象超类。特定的实现与 Reader 的实现相平行，例如 FileWriter、StringWriter 和 OutputStreamWriter，用于将常规 OutputStream 转换为读取器，以便它可以接受字符数据。

`System.out` 和 `System.err`

System 是 java.lang 包中的一个类，它有一些可供 Java 程序使用的静态成员。两个对控制台输出有用的成员是 System.out 和 System.err。System.out 和 System.err 都是 PrintStream 对象。PrintStream 是 FilterOutputStream 的子类，FilterOutputStream 本身是 OutputStream（上面讨论过）的子类，它的主要目的是将各种数据类型转换为字节流，这些字节流根据某种编码方案用字符表示该数据。

System.out 和 System.err 都将文本显示到控制台中，用户可以在其中读取它，但是这的确切含义取决于使用的平台和运行程序的环境。例如，在 BlueJay 和 Eclipse IDE 中，有一个特殊的“终端”窗口将显示此输出。如果程序在 Windows 中启动，则输出将发送到 DOS 提示符（通常这意味着你必须从命令行启动程序才能看到输出）。

System.out 和 System.err 的区别在于它们应该用于什么。System.out 应该用于正常的程序输出，System.err 应该用于通知用户程序中发生了某种错误。在某些情况下，这可能很重要。例如，在 DOS 中，用户可以将标准输出重定向到其他目的地（例如文件），但错误输出不会被重定向，而是显示在屏幕上。如果没有这种情况，用户可能永远无法知道发生了错误。

待办事项
说明 print() 方法是如何工作的，强调该方法不会拆分行，但可以通过 \n 转义序列来实现。谈谈它如何处理不同的数据类型，然后介绍 println() 方法作为一种方便的方法，它会自动添加 \n 字符。

新的 I/O

J2SE 1.4 之前的 Java 版本只支持基于流的阻塞 I/O。这需要每个流处理一个线程，因为在活动的线程阻塞等待输入或输出时，无法进行其他处理。对于任何需要实现 Java 网络服务的人来说，这是一个主要的扩展性和性能问题。自 J2SE 1.4 引入 NIO (New I/O) 以来，通过引入非阻塞 I/O 框架解决了扩展性问题（尽管在 Oracle 实现的 NIO API 中存在许多开放问题）。

非阻塞 IO 框架虽然比最初的阻塞 IO 框架复杂得多，但允许单个线程处理任意数量的“通道”。该框架基于 Reactor 模式。

输入流

输出流

System.out 和 System.err

新的 I/O

更多信息

`System.out` 和 `System.err`