Java 輸入輸出流

本小節(jié)將會介紹基本輸入輸出的 Java 標(biāo)準(zhǔn)類，通過本小節(jié)的學(xué)習(xí)，你將了解到什么是輸入和輸出，什么是流；輸入輸出流的應(yīng)用場景，File類的使用，什么是文件，Java 提供的輸入輸出流相關(guān) API 等內(nèi)容。

1. 什么是輸入和輸出（I / O）

1.1 基本概念

輸入/輸出這個概念，對于計算機相關(guān)專業(yè)的同學(xué)并不陌生，在計算中，輸入/輸出（Input / Output，縮寫為 I / O）是信息處理系統(tǒng)（例如計算機)）與外界（可能是人類或其他信息處理系統(tǒng)）之間的通信。輸入是系統(tǒng)接收的信號或數(shù)據(jù)，輸出是從系統(tǒng)發(fā)送的信號或數(shù)據(jù)。

那么在 Java 中，什么是輸入和輸出呢？要理解這個概念，可將 Java 平臺視作一個系統(tǒng)。Java 平臺是一個孤立的系統(tǒng)，系統(tǒng)之外的所有東西都是它的環(huán)境。系統(tǒng)與其環(huán)境之間的交互是一種雙向?qū)υ?。系統(tǒng)要么從其環(huán)境接收消息，要么將其消息傳遞給環(huán)境。當(dāng)系統(tǒng)接收到消息時，將其稱為輸入，與之相反的是輸出。

本小節(jié)將介紹 Java 的基本輸入和輸出，包括從鍵盤讀取文本輸入，將文本輸出到屏幕以及從文件系統(tǒng)讀取/寫入文件。

Java 提供了兩個用于 I / O 的包：較舊的java.io包（不支持符號鏈接）和較新的java.nio（“new io”）包，它對java.nio.file的異常處理進行了改進。

1.2 簡單的 Java 輸出——打印內(nèi)容到屏幕

一直以來，我們都在向屏幕輸出內(nèi)容以驗證我們編寫的代碼邏輯。向屏幕輸出內(nèi)容非常簡單，可以由以下兩種方式來完成：

// 打印 Hello World，不換行
System.out.print("Hello World");

// 打印 Hello Java，并換行
System.out.println("Hello Java");

1.3 簡單的 Java 輸入——從鍵盤輸入

java.util包下的Scanner類可用于獲取用戶從鍵盤輸入的內(nèi)容，我們在Java Scanner 類這一小節(jié)已經(jīng)介紹過具體使用，實例如下：

import java.util.Scanner;

/**
 * @author colorful@TaleLin
 */
public class ScannerDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建掃描器對象
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("請輸入您的姓名：");
        // 可以將用戶輸入的內(nèi)容掃描為字符串
        String name = scanner.nextLine();
        // 打印輸出
        System.out.println("你好 ".concat(name).concat(" ，歡迎來到慕課網(wǎng)！"));
        // 關(guān)閉掃描器
        scanner.close();
    }
}

運行結(jié)果：

請輸入您的姓名：
Colorful
你好 Colorful ，歡迎來到慕課網(wǎng)！

2. 什么是流（Stream）

Java 中最基本的輸入/輸入是使用流來完成的。

流是代表數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)目標(biāo)的對象，怎么理解這句話呢？簡單來說，可以讀取作為數(shù)據(jù)源的流，也可以寫入作為數(shù)據(jù)目標(biāo)的流。Java中的流是長度不確定的有序字節(jié)序列，它是一連串流動的字符，是以先進先出的方式發(fā)送信息的通道。

3. 輸入輸出流的應(yīng)用場景

上面我們已經(jīng)了解了輸入輸出流的基本概念，那么它具體是做什么用的呢？

在web產(chǎn)品的開發(fā)中，最常開發(fā)的功能就是上傳文件到服務(wù)器了，這個文件的讀寫過程就要用到輸入輸出流。對于計算機中文件的讀寫、復(fù)制和刪除等操作也都要用到輸入輸出流。輸入輸出流可以說是無處不在，下面我們將會介紹 Java 中輸入輸出流相關(guān)的 API。

4. File 類

在 Java 中，提供了java.io.File類對文件和目錄進行操作。

File 意思為文件，文件在計算機中非常重要，我們編寫的 word 文檔、PPT 演示文稿、運行游戲的.exe可執(zhí)行文件以及我們編寫的 Java 源代碼等等都是文件。

4.1 實例化

要實例化File對象，需要傳入一個文件或目錄的路徑。

File 類提供了如下 4 個構(gòu)造方法：

1. File(File parent, String child)：從父抽象路徑名和子路徑名字符串創(chuàng)建新的文件實例；
2. File(String pathName)：通過將給定的路徑名字符串轉(zhuǎn)換為抽象路徑名，創(chuàng)建一個新的文件實例（最常用）；
3. File(String parent, String child)：從父路徑名字符串和子路徑名字符串創(chuàng)建新的文件實例；
4. File(URI uri)：通過將給定的文件: URI轉(zhuǎn)換為抽象路徑名，創(chuàng)建一個新的文件實例。

以Windows系統(tǒng)為例，在桌面下有一個imooc目錄，該目錄下有一個Hello.java文件和一個空的images目錄，截圖如下：

我們可以單擊Windows的路徑欄，來獲取imooc目錄的絕對路徑：

有了目錄和文件以及路徑。我們分別實例化兩個File對象，實例如下：

import java.io.File;

public class FileDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 傳入目錄絕對路徑
        File dir = new File("C:\\Users\\Colorful\\Desktop\\imooc\\images");
        // 傳入文件絕對路徑
        File file = new File("C:\\Users\\Colorful\\Desktop\\imooc\\Hello.java");
        // 打印兩個File對象
        System.out.println(dir);
        System.out.println(file);
    }
}

我們可以直接打印File對象，File類重寫了toString()方法，查看 Java 源碼，toString()方法直接返回了getPath()實例方法，此方法返回構(gòu)造方法傳入的路徑字符串：

運行結(jié)果：

C:\Users\Colorful\Desktop\imooc\images
C:\Users\Colorful\Desktop\imooc\Hello.java

上面代碼中，使用\\表示Windows下的路徑分隔符\，Linux和MacOS下使用正斜杠/作為路徑分隔符。假設(shè)是同樣的目錄結(jié)構(gòu)，在MacOS和Linux下是這樣表示的：

File dir = new File("/Users/Colorful/Desktop/imooc/images");

因為Windows平臺和其他平臺路徑分隔符不同，使用不同平臺的開發(fā)者就難以保證路徑分隔符的統(tǒng)一。

為了保證代碼更好的兼容性，File類下提供了一個靜態(tài)變量separator，用于表示當(dāng)前平臺的系統(tǒng)分隔符：

// 根據(jù)當(dāng)前平臺輸出 / 獲取 \
System.out.println(File.separator);

4.2 絕對路徑和相對路徑

在實例化File對象時，既可以傳入絕對路徑，也可以傳入相對路徑。

絕對路徑是以根目錄開頭的完整的全路徑，上面代碼實例中傳入的是絕對路徑，我們再來看看什么是相對路徑，以及如何傳入相對路徑。

相對路徑指的是當(dāng)前文件所在的路徑引起的跟其它文件（或文件夾）的路徑關(guān)系。聽起來有點繞，我們舉例來說明一下，在imooc目錄下新建一個FileDemo2.java文件，此時imooc目錄的文件目錄樹結(jié)構(gòu)如下：

└── imoooc
    ├── FileDemo2.java
    ├── Hello.java
    └── images

內(nèi)容如下：

import java.io.File;
import java.io.IOException;

public class FileDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 傳入目錄相對路徑
        File dir = new File(".\\images");
        File imoocDir = new File("..\\imooc");
        // 傳入文件相對路徑
        File file = new File(".\\Hello.java");
    }
}

上面代碼的File構(gòu)造方法中傳入的就是相對路徑，代碼中的.表示當(dāng)前目錄，..表示上級目錄。

Tips： 我們在實例化 File 對象時，不會產(chǎn)生對磁盤的操作，因此即使傳入的文件或目錄不存在，代碼也不會拋出異常。只有當(dāng)調(diào)用 File 對象下的一些方法時，才會對磁盤進行操作。

File 對象下有 3 個表示路徑的實例方法：

1. String getPath()：將抽象路徑名轉(zhuǎn)換為路徑名字符串；
2. String getAbsolute()：返回此抽象路徑名的絕對路徑名字符串；
3. String getCanonicalPath()：返回此抽象路徑名的規(guī)范路徑名字符串。

我們可以調(diào)用這 3 個方法并打印結(jié)果，實例如下：

import java.io.File;
import java.io.IOException;

public class FileDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 傳入目錄相對路徑
        File imagesDir = new File(".\\images");
        File imoocDir = new File("..\\imooc");
        // 傳入文件相對路徑
        File file = new File(".\\Hello.java");
        
        System.out.println("-- imagesDir ---");
        System.out.println(imagesDir.getPath());
        System.out.println(imagesDir.getAbsolutePath());
        System.out.println(imagesDir.getCanonicalPath());

        System.out.println("-- imoocDir ---");
        System.out.println(imoocDir.getPath());
        System.out.println(imoocDir.getAbsolutePath());
        System.out.println(imoocDir.getCanonicalPath());

        System.out.println("-- file ---");
        System.out.println(file.getPath());
        System.out.println(file.getAbsolutePath());
        System.out.println(file.getCanonicalPath());
    }
}

運行結(jié)果：

-- imagesDir ---
.\images
C:\Users\Colorful\Desktop\imooc\.\images
C:\Users\Colorful\Desktop\imooc\images
-- imoocDir ---
..\imooc
C:\Users\Colorful\Desktop\imooc\..\imooc
C:\Users\Colorful\Desktop\imooc
-- file ---
.\Hello.java
C:\Users\Colorful\Desktop\imooc\.\Hello.java
C:\Users\Colorful\Desktop\imooc\Hello.java

通過運行結(jié)果可以看出，規(guī)范路徑名就是把.和..轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的絕對路徑。

4.3 判斷對象是文件還是目錄

我們可以通過如下兩個方法判斷 File 對象是文件還是目錄：

1. boolean isFile()：測試此抽象路徑名表示的文件是否為普通文件;
2. boolean isDirectory()：測試此抽象路徑名表示的文件是否為目錄。

實例如下：

import java.io.File;

public class FileDemo3 {

    public static void printResult(File file) {
        // 調(diào)用isFile()方法并接收布爾類型結(jié)果
        boolean isFile = file.isFile();
        String result1 = isFile ? "是已存在文件" : "不是已存在文件";
        // 掉用isDirectory()方法并接收布爾類型而己過
        boolean directory = file.isDirectory();
        String result2 = directory ? "是已存在目錄" : "不是已存在目錄";
        // 打印該file對象是否是已存在文件/目錄的字符串結(jié)果
        System.out.print(file);
        System.out.print('\t' + result1 + '\t');
        System.out.println(result2);
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 傳入目錄絕對路徑
        File dir = new File("C:\\Users\\Colorful\\Desktop\\imooc\\images");
        // 傳入文件絕對路徑
        File file = new File("C:\\Users\\Colorful\\Desktop\\imooc\\test.java");
        FileDemo3.printResult(dir);
        FileDemo3.printResult(file);
    }
}

運行結(jié)果：

C:\Users\Colorful\Desktop\imooc\images	不是已存在文件	是已存在目錄
C:\Users\Colorful\Desktop\imooc\test.java	不是已存在文件	不是已存在目錄

代碼中我們封裝了一個靜態(tài)方法printResult()，此方法打印 File 對象是否是文件/目錄。值得注意的是，我們的磁盤中不存在C:\Users\Colorful\Desktop\imooc\test.java，因此無論調(diào)用isFile()方法還是isDirectory()方法，其返回結(jié)果都為false。

4.4 創(chuàng)建和刪除目錄

4.4.1 創(chuàng)建目錄

對于一個不存在的目錄，我們可以使用boolean mkdir()方法創(chuàng)建一個目錄。例如，我們想在imooc目錄下創(chuàng)建一個codes目錄，就可以使用該方法編寫一段創(chuàng)建目錄的代碼。

實例如下：

import java.io.File;

public class FileDemo4 {

    public static void main(String[] args) {
        // 傳入目錄絕對路徑
        File dir = new File("C:\\Users\\Colorful\\Desktop\\imooc\\codes");
        if (!dir.exists()) {
            // 調(diào)用 mkdir() 方法
            boolean result = dir.mkdir();
            if (result) {
                System.out.println("目錄創(chuàng)建成功");
            }
        }
    }
}

代碼中我們調(diào)用了File對象的boolean exists()方法，此方法用于測試由此抽象路徑名表示的文件或目錄是否存在。當(dāng)不存在時，我們才去創(chuàng)建目錄。

運行代碼前，imooc文件目錄樹結(jié)構(gòu)如下：

└── imoooc
    ├── FileDemo2.java
    ├── Hello.java
    └── images

運行結(jié)果：

目錄創(chuàng)建成功

運行代碼后，imooc目錄下多了一個codes目錄，樹結(jié)構(gòu)如下：

└── imoooc
    ├── FileDemo2.java
    ├── Hello.java
    ├── images
    └── codes

另外，F(xiàn)ile 類也提供了一個boolean mkdirs()方法，用來創(chuàng)建由這個抽象路徑名命名的目錄，包括任何必要但不存在的父目錄。實際上是在遞歸執(zhí)行mkdir()方法。

4.4.2 刪除目錄

如果我們想要刪除剛剛創(chuàng)建的codes目錄，可以調(diào)用boolean delete()方法，實例如下：

import java.io.File;

public class FileDemo5 {
    public static void main(String[] args) {
        // 傳入目錄絕對路徑
        File dir = new File("C:\\Users\\Colorful\\Desktop\\imooc\\codes");
        if (dir.exists()) {
            // 調(diào)用 delete() 方法
            boolean deleted = dir.delete();
            if (deleted) {
                System.out.println("刪除目錄成功");
            }
        }
    }
}

運行代碼前，imooc文件目錄樹結(jié)構(gòu)如下：

└── imoooc
    ├── FileDemo2.java
    ├── Hello.java
    ├── images
    └── codes

運行結(jié)果：

刪除目錄成功

運行代碼后，樹結(jié)構(gòu)如下：

└── imoooc
    ├── FileDemo2.java
    ├── Hello.java
    └── images

4.5 創(chuàng)建和刪除文件

對于文件類型的File對象，可以通過boolean createNewFile()方法創(chuàng)建一個新文件，使用boolean delete()方法刪除文件。其調(diào)用方法和創(chuàng)建/刪除目錄相同，此處不再贅述。

關(guān)于更多File對象的操作，可翻閱官方文檔。

5. InputStream 抽象類

5.1 概述

java.io.InputStream抽象類是 Java 提供的最基本的輸入流，它是所有輸入流的父類。其最常用的抽象方法int read()簽名如下：

public abstract int read() throws IOException;

這個方法用于讀取輸入流的下一個字節(jié)，返回的int如果為-1，則表示已經(jīng)讀取到文件末尾。

InputStream與其子類的 UML 圖如下所示：

5.2 FileInputStream 實現(xiàn)類

我們將以最常用的FileInputStream實現(xiàn)類為例進行學(xué)習(xí)。其他實現(xiàn)類大同小異，如有需要可翻閱官方文檔。

FileInputStream就是從文件流中讀取數(shù)據(jù)，我們在imooc目錄下新建一個文本文檔Hello.txt，并輸入如下內(nèi)容：

讀取Hello.txt文件中數(shù)據(jù)的實例代碼如下：

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;

public class FileInputStreamDemo1 {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 實例化文件流
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("C:\\Users\\Colorful\\Desktop\\imooc\\Hello.txt");
        for (;;) {
            int n = fileInputStream.read();
            if (n == -1) {
                // read() 方法返回-1 則跳出循環(huán)
                break;
            }
            // 將n強制轉(zhuǎn)換為 char 類型
            System.out.print((char) n);
        }
        // 關(guān)閉文件流
        fileInputStream.close();
    }
}

運行結(jié)果：

Hello imooc!

如果我們打開了一個文件并進行操作，不要忘記使用close()方法來及時關(guān)閉。這樣可以讓系統(tǒng)釋放資源。

6. OutputStream 抽象類

6.1 概述

OutPutStream抽象類是與InputStream對應(yīng)的最基本的輸出流，它是所有輸出流的父類。其最常用的抽象方法void write(int b)簽名如下：

public abstract void write(int b) throws IOException;

這個方法用于寫入一個字節(jié)到輸出流。

OutputStream與其子類的 UML 圖如下所示：

6.2 FileOutputStream 實現(xiàn)類

我們同樣以最常用的FileOutputStream實現(xiàn)類為例進行學(xué)習(xí)。其他實現(xiàn)類大同小異，如有需要可翻閱官方文檔。

FileOutputStream就是向文件流中寫入數(shù)據(jù)，下面我們向imooc目錄下的文本文檔Hello.txt輸入一段字符串HHH。完整實例如下：

import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class FileOutputStreamDemo1 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("C:\\Users\\Colorful\\Desktop\\imooc\\Hello.txt");
        // 寫入 3 個H字符
        fileOutputStream.write(72);
        fileOutputStream.write(72);
        fileOutputStream.write(72);
        fileOutputStream.close();
    }
}

運行代碼后，Hello.txt后面成功寫入了 3 個字符H。

7. 小結(jié)

通過本小節(jié)的學(xué)習(xí)，我們知道了什么是輸入輸出流的概念，輸入輸出流經(jīng)常用于上傳文件到服務(wù)器的場景。想要通過 Java 操作文件和目錄，要學(xué)會使用java.io.File類，InputStream和OutputStream分別是所有輸入流和所有輸出流的父類，FileInputStream實現(xiàn)了文件流的輸入，FileOutputStream實現(xiàn)了文件流的輸出。還有很多其它實現(xiàn)類我們沒有介紹到，但使用方法大同小異，希望同學(xué)可以在用到時自行查閱文檔來學(xué)習(xí)。