一、Java IO的体系结构

Java I/O主要包括如下几个层次，包含三个部分：

  1.流式部分――IO的主体部分，字节流和字符流

  2.非流式部分――主要包含一些辅助流式部分的类，如：File类、RandomAccessFile类和FileDescriptor等类；

  3.其他类--文件读取部分的与安全相关的类，如：SerializablePermission类，以及与本地操作系统相关的文件系统的类，如：FileSystem类和Win32FileSystem类和WinNTFileSystem类

https://www.cnblogs.com/ylspace/p/8128112.html

二、IO流

1. 流的概念和作用

流是一组有顺序的，有起点和终点的字节集合，是对数据传输的总称或抽象。即数据在设备间传输称之为流。

流的本质是数据传输，根据数据传输的特性将流区分为各种类，方便更直观的进行数据操作。

2. 流的分类

（1）根据处理数据类型的不同分为：字符流和字节流

        1)  字节流：数据流中最小的数据单元是字节

        2)  字符流：数据流中最小的数据单元是字符， Java中的字符是Unicode编码，一个字符占用两个字节。

             字符流的由来：Java中字符是采用Unicode标准，一个字符是16位，即一个字符使用两个字节来表示。为此，JAVA中引入了处理字符的流。因为数据编码的不同，而有了对字符进行高效操作的流对象。本质其实就是基于字节流读取时，去查了指定的码表。

（2） 根据数据流向不同分为：输入流和输出流

    1) 输入流

     程序从输入流读取数据源。数据源包括外界(键盘、文件、网络…)，即是将数据源读入到程序的通信通道

     2) 输出流

   程序向输出流写入数据。将程序中的数据输出到外界（显示器、打印机、文件、网络…）的通信通道。

     3）特性

  相对于程序来说，输出流是往存储介质或数据通道写入数据，而输入流是从存储介质或数据通道中读取数据，一般来说关于流的特性有下面几点：

1、先进先出，最先写入输出流的数据最先被输入流读取到。

2、顺序存取，可以一个接一个地往流中写入一串字节，读出时也将按写入顺序读取一串字节，不能随机访问中间的数据。（RandomAccessFile可以从文件的任意位置进行存取（输入输出）操作）

3、只读或只写，每个流只能是输入流或输出流的一种，不能同时具备两个功能，输入流只能进行读操作，对输出流只能进行写操作。在一个数据传输通道中，如果既要写入数据，又要读取数据，则要分别提供两个流。

（3） 按数据来源（去向）分类：

        1、File（文件）： FileInputStream, FileOutputStream, FileReader, FileWriter

        2、byte[]：ByteArrayInputStream, ByteArrayOutputStream

        3、Char[]: CharArrayReader,CharArrayWriter

        4、String:StringBufferInputStream, StringReader, StringWriter

        5、网络数据流：InputStream,OutputStream, Reader, Writer

3. 字节流

https://zhuanlan.zhihu.com/p/25418336

（1）输入字节流 InputStream

        从IO中输入字节流的继承图中可以看出。

        1）InputStream是所有数据字节流的父类，它是一个抽象类。

        2）ByteArrayInputStream、StringBufferInputStream、FileInputStream是三种基本的介质流，它们分别从Byte数组、StringBuffer、和本地文件中读取数据，PipedInputStream是从与其他线程共用的管道中读取数据。

        3）ObjectInputStream和所有FileInputStream 的子类都是装饰流（装饰器模式的主角）。

        InputStream中的三个基本的读方法

        abstract int read() ：读取一个字节数据，并返回读到的数据，如果返回-1，表示读到了输入流的末尾。

        intread(byte[] b) ：将数据读入一个字节数组，同时返回实际读取的字节数。如果返回-1，表示读到了输入流的末尾。

        intread(byte[]?b, int off, int len) ：将数据读入一个字节数组，同时返回实际读取的字节数。如果返回-1，表示读到了输入流的末尾。off指定在数组b中存放数据的起始偏移位置；len指定读取的最大字节数。

        流结束的判断：方法read()的返回值为-1时；readLine()的返回值为null时。

        其它方法

         long skip(long?n)：在输入流中跳过n个字节，并返回实际跳过的字节数。

      int available() ：返回在不发生阻塞的情况下，可读取的字节数。

      void close() ：关闭输入流，释放和这个流相关的系统资源。

      voidmark(int?readlimit) ：在输入流的当前位置放置一个标记，如果读取的字节数多于readlimit设置的值，则流忽略这个标记。

      void reset() ：返回到上一个标记。

      booleanmarkSupported() ：测试当前流是否支持mark和reset方法。如果支持，返回true，否则返回false。

  （2）输出字节流 OutputStream

        从IO中输入字节流的继承图中可以看出。

        1）OutputStream是所有输出字节流的父类，它是一个抽象类。

        2）ByteArrayOutputStream、FIleOutputStream是两种基本的介质，它们分别向Byte 数组，和本地文件中写入数据。PipedOutputStream是从与其他线程共用的管道中写入数据。

        3）ObjectOutputStream和所有FileOutputStream的子类都是装饰流。

        outputStream中的三个基本的写方法

        abstract void write(int?b)：往输出流中写入一个字节。

        void write(byte[]?b) ：往输出流中写入数组b中的所有字节。

        void write(byte[]?b, int?off, int?len) ：往输出流中写入数组b中从偏移量off开始的len个字节的数据。

        其它方法

        void flush() ：刷新输出流，强制缓冲区中的输出字节被写出。

        void close() ：关闭输出流，释放和这个流相关的系统资源。

4. 字符流

https://zhuanlan.zhihu.com/p/25418336

（1）字符输入流Reader

        在上面的继承关系图中可以看出：

        1、Reader是所有的输入字符流的父类，它是一个抽象类。

        2、CharReader、StringReader 是两种基本的介质流，它们分别将Char数组、String中读取数据。PipedInputReader 是从与其他线程共用的管道中读取数据。

        3、BuffereReader 很明显的是一个装饰器，它和其子类复制装饰其他Reader对象。

        4、FilterReader 是所有自定义具体装饰流的父类，其子类PushbackReader 对Reader 对象进行装饰，回增加一个行号。

        5、InputStreamReader 是一个连接字节流和字符流的桥梁，它将字节流转变为字符流。FileReader 可以说是一个达到此功能、常用的工具类，在其源代码中明显使用了将FileInputStream转变为Reader 的方法。我们可以从这个类中得到一定的技巧。Reader 中各个类的用途和使用方法基本和InputStream 中的类使用一致。

    主要方法：

         (1) public int read() throws IOException; //读取一个字符，返回值为读取的字符 

        (2) public int read(char cbuf[]) throws IOException; /*读取一系列字符到数组cbuf[]中，返回值为实际读取的字符的数量*/

        (3) public abstract int read(char cbuf[],int off,int len) throws IOException;

/*读取len个字符，从数组cbuf[]的下标off处开始存放，返回值为实际读取的字符数量，该方法必须由子类实现*/

（2）字符输出流Writer

        在上面的关系图中可以看出：

        1、Writer 是所有输出字符流的父类，它是一个抽象类。

        2、CharArrayWriter、StringWriter 是两种基本的介质流，它们分别向Char 数组、String 中写入数据。PipedInputWriter 是从与其他线程共用的管道中读取数据。

        3、BuffereWriter 很明显是一个装饰器，他和其子类复制装饰其他Reader对象。

        4、FilterWriter 和PrintStream 及其类似，功能和使用也非常相似。

        5、OutputStreamWriter 是OutputStream 到Writer 转换到桥梁，它的子类FileWriter 其实就是一个实现此功能的具体类（具体可以研究一下SourceCode）。功能和使用OutputStream极其类似。

    主要方法：

        (1)  public void write(int c) throws IOException； //将整型值c的低16位写入输出流

        (2)  public void write(char cbuf[]) throws IOException； //将字符数组cbuf[]写入输出流

        (3)  public abstract void write(char cbuf[],int off,int len) throws IOException； //将字符数组cbuf[]中的从索引为off的位置处开始的len个字符写入输出流

        (4)  public void write(String str) throws IOException； //将字符串str中的字符写入输出流

        (5)  public void write(String str,int off,int len) throws IOException； //将字符串str 中从索引off开始处的len个字符写入输出流

5、字符流与字节流的转换

转换流的特点：

1、其是字符流和字节流之间的桥梁。

2、可对读取到的字节数据经过指定编码转换成字符。

3、可对读取到的字符数据经过指定编码转换成字节。

何时使用转换流？

1、当字节和字符之间有转换动作时。

2、流操作的数据需要编码或解码时。

具体的对象体现：

1、InputStreamReader：字节到字符的桥梁。

2、OutputStreamWriter：字符到字节的桥梁。

这两个流对象时字符体系中的成员，它们有转换的作用，本身又是字符流，所以在构造的时候需要传入字节流对象进来。

三、非流式

1、File类

File类是对文件系统中文件以及文件夹进行封装的对象，可以通过对象的思想来操作文件和文件夹。File类保存文件或目录的各种数据信息，包括文件名、文件长度、最后修改时间、是否可读、获取当前文件的路径名、判断文件是否存在、获取当前目录中的文件列表、创建、删除文件和目录等方法。

2、RandomAccessFile类

该对象不是流体系中的一员，其封装了字节流，同时还封装了一个缓冲区（字符数组），通过内部的指针来操作字符数组中的数据。该对象特点：

1、该对象只能操作文件，所以构造函数接受两种数据类型的参数：

· 字符串文件路径

· File对象

2、该对象既可以对文件进行读操作，也能进行写操作，在进行对象实例化时可指定操作模式（r , rw）。

注意：该对象在实例化时，如果要操作的文件不存在，会自动创建；如果文件存在，写数据未指定位置，会从头开始写，即覆盖原有的内容。可以用于多线程下载或多个线程同时写数据到文件。

参考文献：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/25418336

https://www.cnblogs.com/ylspace/p/8128112.html