Java進階教程之IO基礎

計算機最重要的功能是處理數據。一個有用的計算機語言需要擁有良好的IO功能，以便讓未處理的數據流入程序，讓已處理的數據流出。

與其他語言相比，Java的IO功能顯得復雜。在其他語言中，許多IO功能(比如讀取文件)，是被封裝好的，可以用一兩行程序實現。在Java中，程序員往往需要多個層次的裝飾(decoration)，才能實現文件讀取。

相對的復雜性帶來的好處是IO的靈活性。在Java中，程序員可以控制IO的整個流程，從而設計出最好的IO方式。我們將在下文看到更多。

 IO示例

 下面是我用於演示的文件file.txt

Hello World!
Hello Nerd!

我們先來研究一個文件讀取的例子:

import java.io.*;

public class Test
{
  public static void main(String[] args)
  {
    try {
      BufferedReader br =
       new BufferedReader(new FileReader("file.txt")); 

      String line = br.readLine();

      while (line != null) {
        System.out.println(line);
        line = br.readLine();
      }
      br.close();
    }
    catch(IOException e) {
      System.out.println("IO Problem");
    }
  }
}

這段程序中包含一個try...catch...finally的異常處理器。可參考Java進階教程之 異常處理

 裝飾器與功能組合

程序IO的關鍵在於創建BufferedReader對象br:

  BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("file.txt"));

在創建的過程中，我們先建立了一個FileReader對象，這個對象的功能是從文件"file.txt"中讀取字節(byte)流，並轉換為文本流。在Java中，標准的文本編碼方式為unicode。BufferedReader()接收該FileReader對象，並拓展FileReader的功能，新建出一個BufferedReader對象。該對象除了有上述的文件讀取和轉換的功能外，還提供了緩存讀取(buffered)的功能。最後，我們通過對br對象調用readLine()方法，可以逐行的讀取文件。

(緩存讀取是在內存中開辟一片區域作為緩存，該區域存放FileReader讀出的文本流。當該緩存的內容被讀走後(比如readLine()命令)，緩存會加載後續的文本流。)

BufferedReader()是一個裝飾器(decorator)，它接收一個原始的對象，並返回一個經過裝飾的、功能更復雜的對象。修飾器的好處是，它可以用於修飾不同的對象。我們這裡被修飾的是從文件中讀取的文本流。其他的文本流，比如標准輸入，網絡傳輸的流等等，都可以被BufferedReader()修飾，從而實現緩存讀取。

 下圖顯示了br的工作方式，數據自下而上流動:

 

上述的裝飾過程與Linux中的文本流思想很相似。在Linux中，我們使用類似函數的方式來處理和傳遞文本流。在Java中，我們使用了裝飾器。但它們的目的都類似，就是實現功能的模塊化和自由組合。

 更多的組合

事實上，Java提供了豐富的裝飾器。FileReader中合並了讀取和轉換兩個步驟，並采用了常用的默認設置，比如編碼采取unicode。我們可以使用FileInputStream + InputStreamReader的組合來替代FileReader，從而分離讀取字節和轉換兩個步驟，並對兩個過程有更好的控制。

(當然，FileReader的使用更加方便。InputStreamReader是將FileInputStream轉換成一個Reader，用於處理unicode文本)

箭頭表示數據流動方向

 流的讀寫來自於四個基類: InputStream, OutputStream, Reader和Writer。InputStream和Reader是處理讀取操作，OutputStream和Writer是處理寫入操作。它們都位於java.io包中。繼承關系如下:

 java.io

 此外，IOException有如下衍生類:

IOException

 Reader和Writer及其衍生類是處理unicode文本。如我們看到的Buffered Reader, InputStreamReader或者FileReader。

InputStream和OutputStream及其衍生類是處理字節(byte)流。計算機中的數據都可以認為是字節形式，所以InputStream和OutputStream可用於處理更加廣泛的數據。比如我們可以使用下面的組合來讀取壓縮文件中包含的數據(比如整數):

箭頭表示數據流動方向

 我們從壓縮文件中讀出字節流，然後解壓縮，最終讀出數據。

 寫入

寫入(write)操作與讀取操作相似。我們可以通過使用裝飾，實現復雜的寫入功能。這裡是一個簡單的寫入文本的例子:

import java.io.*;

public class Test
{
  public static void main(String[] args)
  {
    try {
      String content = "Thank you for your fish.";

      File file = new File("new.txt");

      // create the file if doesn't exists
      if (!file.exists()) {
        file.createNewFile();
      }

      FileWriter fw = new FileWriter(file.getAbsoluteFile());
      BufferedWriter bw = new BufferedWriter(fw);
      bw.write(content);
      bw.close();

    }
    catch(IOException e) {
      System.out.println("IO Problem");
    }
  }
}

上面創建了file對象，用於處理文件路徑。

總結

這裡只是對Java IO的基本介紹。Java的IO相對比較復雜。Java程序員需要花一些時間來熟悉java.io中的類及其功能。