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Java 输入输出流

本小节将会介绍基本输入输出的 Java 标准类,通过本小节的学习,你将了解到什么是输入和输入什么是流;输入输出流的应用场景,File类的使用,什么是文件,Java 提供的输入输出流相关 API 等内容。

1. 什么是输入和输出(I / O)

1.1 基本概念

输入/输出这个概念,对于计算机相关专业的同学并不陌生,在计算中,输入/输出Input / Output,缩写为 I / O)是信息处理系统(例如计算机))与外界(可能是人类或其他信息处理系统)之间的通信。输入是系统接收的信号或数据,输出是从系统发送的信号或数据。

那么在 Java 中,什么是输入和输出呢?要理解这个概念,可将 Java 平台视作一个系统。Java 平台是一个孤立的系统,系统之外的所有东西都是它的环境。系统与其环境之间的交互是一种双向对话。系统要么从其环境接收消息,要么将其消息传递给环境。当系统接收到消息时,将其称为输入,与之相反的是输出。

本小节将介绍 Java 的基本输入和输出,包括从键盘读取文本输入,将文本输出到屏幕以及从文件系统读取/写入文件。

Java 提供了两个用于 I / O 的包:较旧的java.io包(不支持符号链接)和较新的java.nio(“new io”)包,它对java.nio.file的异常处理进行了改进。

1.2 简单的 Java 输出——打印内容到屏幕

一直以来,我们都在向屏幕输出内容以验证我们编写的代码逻辑。向屏幕输出内容非常简单,可以由以下两种方式来完成:

// 打印 Hello World,不换行
System.out.print("Hello World");
// 打印 Hello Java,并换行
System.out.println("Hello Java");

1.3 简单的 Java 输入——从键盘输入

java.util包下的Scanner类可用于获取用户从键盘输入的内容,我们在Java Scanner 类这一小节已经介绍过具体使用,实例如下:

import java.util.Scanner;

/**
 * @author colorful@TaleLin
 */
public class ScannerDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建扫描器对象
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入您的姓名:");
        // 可以将用户输入的内容扫描为字符串
        String name = scanner.nextLine();
        // 打印输出
        System.out.println("你好 ".concat(name).concat(" ,欢迎来到慕课网!"));
        // 关闭扫描器
        scanner.close();
    }
}

运行结果:

请输入您的姓名:
Colorful
你好 Colorful ,欢迎来到慕课网!

2. 什么是流(Stream)

Java 中最基本的输入/输入是使用流来完成的。

流是代表数据源和数据目标的对象,怎么理解这句话呢?简单来说,可以读取作为数据源的流,也可以写入作为数据目标的流。Java中的流是长度不确定的有序字节序列,它是一连串流动的字符,是以先进先出的方式发送信息的通道。

3. 输入输出流的应用场景

上面我们已经了解了输入输出流的基本概念,那么它具体是做什么用的呢?

web产品的开发中,最常开发的功能就是上传文件到服务器了,这个文件的读写过程就要用到输入输出流。对于计算机中文件的读写、复制和删除等操作也都要用到输入输出流。输入输出流可以说是无处不在,下面我们将会介绍 Java 中输入输出流相关的 API

4. File 类

在 Java 中,提供了java.io.File类对文件和目录进行操作。

File 意思为文件,文件在计算机中非常重要,我们编写的 word 文档、PPT 演示文稿、运行游戏的.exe可执行文件以及我们编写的 Java 源代码等等都是文件。

4.1 实例化

要实例化File对象,需要传入一个文件或目录的路径。

File 类提供了如下 4 个构造方法:

  1. File(File parent, String child):从父抽象路径名和子路径名字符串创建新的文件实例;
  2. File(String pathName):通过将给定的路径名字符串转换为抽象路径名,创建一个新的文件实例(最常用);
  3. File(String parent, String child):从父路径名字符串和子路径名字符串创建新的文件实例;
  4. File(URI uri):通过将给定的文件: URI转换为抽象路径名,创建一个新的文件实例。

Windows系统为例,在桌面下有一个imooc目录,该目录下有一个Hello.java文件和一个空的images目录,截图如下:

我们可以单击Windows的路径栏,来获取imooc目录的绝对路径:

有了目录和文件以及路径。我们分别实例化两个File对象,实例如下:

import java.io.File;

public class FileDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 传入目录绝对路径
        File dir = new File("C:\\Users\\Colorful\\Desktop\\imooc\\images");
        // 传入文件绝对路径
        File file = new File("C:\\Users\\Colorful\\Desktop\\imooc\\Hello.java");
        // 打印两个File对象
        System.out.println(dir);
        System.out.println(file);
    }
}

我们可以直接打印File对象,File类重写了toString()方法,查看 Java 源码,toString()方法直接返回了getPath()实例方法,此方法返回构造方法传入的路径字符串:

运行结果:

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

上面代码中,使用\\表示Windows下的路径分隔符\LinuxMacOS下使用正斜杠/作为路径分隔符。假设是同样的目录结构,在MacOSLinux下是这样表示的:

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

因为Windows平台和其他平台路径分隔符不同,使用不同平台的开发者就难以保证路径分隔符的统一。

为了保证代码更好的兼容性,File类下提供了一个静态变量separator,用于表示当前平台的系统分隔符:

// 根据当前平台输出 / 获取 \
System.out.println(File.separator);

4.2 绝对路径和相对路径

在实例化File对象时,既可以传入绝对路径,也可以传入相对路径。

绝对路径是以根目录开头的完整的全路径,上面代码实例中传入的是绝对路径,我们再来看看什么是相对路径,以及如何传入相对路径。

相对路径指的是当前文件所在的路径引起的跟其它文件(或文件夹)的路径关系。听起来有点绕,我们举例来说明一下,在imooc目录下新建一个FileDemo2.java文件,此时imooc目录的文件目录树结构如下:

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

内容如下:

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

public class FileDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 传入目录相对路径
        File dir = new File(".\\images");
        File imoocDir = new File("..\\imooc");
        // 传入文件相对路径
        File file = new File(".\\Hello.java");
    }
}

上面代码的File构造方法中传入的就是相对路径,代码中的.表示当前目录,..表示上级目录。

Tips: 我们在实例化 File 对象时,不会产生对磁盘的操作,因此即使传入的文件或目录不存在,代码也不会抛出异常。只有当调用 File 对象下的一些方法时,才会对磁盘进行操作。

File 对象下有 3 个表示路径的实例方法:

  1. String getPath():将抽象路径名转换为路径名字符串;
  2. String getAbsolute():返回此抽象路径名的绝对路径名字符串;
  3. String getCanonicalPath():返回此抽象路径名的规范路径名字符串。

我们可以调用这 3 个方法并打印结果,实例如下:

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

public class FileDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 传入目录相对路径
        File imagesDir = new File(".\\images");
        File imoocDir = new File("..\\imooc");
        // 传入文件相对路径
        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());
    }
}

运行结果:

-- 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

通过运行结果可以看出,规范路径名就是把...转换为标准的绝对路径。

4.3 判断对象是文件还是目录

我们可以通过如下两个方法判断 File 对象是文件还是目录:

  1. boolean isFile():测试此抽象路径名表示的文件是否为普通文件;
  2. boolean isDirectory():测试此抽象路径名表示的文件是否为目录。

实例如下:

import java.io.File;

public class FileDemo3 {

    public static void printResult(File file) {
        // 调用isFile()方法并接收布尔类型结果
        boolean isFile = file.isFile();
        String result1 = isFile ? "是已存在文件" : "不是已存在文件";
        // 掉用isDirectory()方法并接收布尔类型而己过
        boolean directory = file.isDirectory();
        String result2 = directory ? "是已存在目录" : "不是已存在目录";
        // 打印该file对象是否是已存在文件/目录的字符串结果
        System.out.print(file);
        System.out.print('\t' + result1 + '\t');
        System.out.println(result2);
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 传入目录绝对路径
        File dir = new File("C:\\Users\\Colorful\\Desktop\\imooc\\images");
        // 传入文件绝对路径
        File file = new File("C:\\Users\\Colorful\\Desktop\\imooc\\test.java");
        FileDemo3.printResult(dir);
        FileDemo3.printResult(file);
    }
}

运行结果:

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

代码中我们封装了一个静态方法printResult(),此方法打印 File 对象是否是文件/目录。值得注意的是,我们的磁盘中不存在C:\Users\Colorful\Desktop\imooc\test.java,因此无论调用isFile()方法还是isDirectory()方法,其返回结果都为false

4.4 创建和删除目录

4.4.1 创建目录

对于一个不存在的目录,我们可以使用boolean mkdir()方法创建一个目录。例如,我们想在imooc目录下创建一个codes目录,就可以使用该方法编写一段创建目录的代码。

实例如下:

import java.io.File;

public class FileDemo4 {

    public static void main(String[] args) {
        // 传入目录绝对路径
        File dir = new File("C:\\Users\\Colorful\\Desktop\\imooc\\codes");
        if (!dir.exists()) {
            // 调用 mkdir() 方法
            boolean result = dir.mkdir();
            if (result) {
                System.out.println("目录创建成功");
            }
        }
    }
}

代码中我们调用了File对象的boolean exists()方法,此方法用于测试由此抽象路径名表示的文件或目录是否存在。当不存在时,我们才去创建目录。

运行代码前,imooc文件目录树结构如下:

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

运行结果:

目录创建成功

运行代码后,imooc目录下多了一个codes目录,树结构如下:

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

另外,File 类也提供了一个boolean mkdirs()方法,用来创建由这个抽象路径名命名的目录,包括任何必要但不存在的父目录。实际上是在递归执行mkdir()方法。

4.4.2 删除目录

如果我们想要删除刚刚创建的codes目录,可以调用boolean delete()方法,实例如下:

import java.io.File;

public class FileDemo5 {
    public static void main(String[] args) {
        // 传入目录绝对路径
        File dir = new File("C:\\Users\\Colorful\\Desktop\\imooc\\codes");
        if (dir.exists()) {
            // 调用 delete() 方法
            boolean deleted = dir.delete();
            if (deleted) {
                System.out.println("删除目录成功");
            }
        }
    }
}

运行代码前,imooc文件目录树结构如下:

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

运行结果:

删除目录成功

运行代码后,树结构如下:

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

4.5 创建和删除文件

对于文件类型的File对象,可以通过boolean createNewFile()方法创建一个新文件,使用boolean delete()方法删除文件。其调用方法和创建/删除目录相同,此处不再赘述。

关于更多File对象的操作,可翻阅官方文档

5. InputStream 抽象类

5.1 概述

java.io.InputStream抽象类是 Java 提供的最基本的输入流,它是所有输入流的父类。其最常用的抽象方法int read()签名如下:

public abstract int read() throws IOException;

这个方法用于读取输入流的下一个字节,返回的int如果为-1,则表示已经读取到文件末尾。

InputStream与其子类的 UML 图如下所示:

5.2 FileInputStream 实现类

我们将以最常用的FileInputStream实现类为例进行学习。其他实现类大同小异,如有需要可翻阅官方文档。

FileInputStream就是从文件流中读取数据,我们在imooc目录下新建一个文本文档Hello.txt,并输入如下内容:

读取Hello.txt文件中数据的实例代码如下:

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

public class FileInputStreamDemo1 {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 实例化文件流
        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 则跳出循环
                break;
            }
            // 将n强制转换为 char 类型
            System.out.print((char) n);
        }
        // 关闭文件流
        fileInputStream.close();
    }
}

运行结果:

Hello imooc!

如果我们打开了一个文件并进行操作,不要忘记使用close()方法来及时关闭。这样可以让系统释放资源。

6. OutputStream 抽象类

6.1 概述

OutPutStream抽象类是与InputStream对应的最基本的输出流,它是所有输出流的父类。其最常用的抽象方法void write(int b)签名如下:

public abstract void write(int b) throws IOException;

这个方法用于写入一个字节到输出流。

OutputStream与其子类的 UML 图如下所示:

6.2 FileOutputStream 实现类

我们同样以最常用的FileOutputStream实现类为例进行学习。其他实现类大同小异,如有需要可翻阅官方文档。

FileOutputStream就是从文件流中读取数据,下面我们向imooc目录下的文本文档Hello.txt输入一段字符串HHH。完整实例如下:

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");
        // 写入 3 个H字符
        fileOutputStream.write(72);
        fileOutputStream.write(72);
        fileOutputStream.write(72);
        fileOutputStream.close();
    }
}

运行代码后,Hello.txt后面成功写入了 3 个字符H

7. 小结

通过本小节的学习,我们知道了什么是输入输出流的概念,输入输出流经常用于上传文件到服务器的场景。想要通过 Java 操作文件和目录,要学会使用java.io.File类,InputStreamOutputStream分别是所有输入流和所有输出流的父类,FileInputStream实现了文件流的输入,FileOutputStream实现了文件流的输出。还有很多其它实现类我们没有介绍到,但使用方法大同小异,希望同学可以在用到时自行查阅文档来学习。