day21【缓冲流、转换流、序列化流】

主要内容

缓冲流
转换流
序列化流
打印流

教学目标

能够使用字节缓冲流读取数据到程序
能够使用字节缓冲流写出数据到文件
能够明确字符缓冲流的作用和基本用法
能够使用缓冲流的特殊功能
能够阐述编码表的意义
能够使用转换流读取指定编码的文本文件
能够使用转换流写入指定编码的文本文件
能够说出打印流的特点
能够使用序列化流写出对象到文件
能够使用反序列化流读取文件到程序中

第一章缓冲流

昨天学习了基本的一些流，作为IO流的入门，今天我们要见识一些更强大的流。比如能够高效读写的缓冲流，能够转换编码的转换流，能够持久化存储对象的序列化流等等。这些功能更为强大的流，都是在基本的流对象基础之上创建而来的，就像穿上铠甲的武士一样，相当于是对基本流对象的一种增强。

1.1 概述

缓冲流,也叫高效流，是对4个基本的FileXxx 流的增强，所以也是4个流，按照数据类型分类：

字节缓冲流：BufferedInputStream，BufferedOutputStream
字符缓冲流：BufferedReader，BufferedWriter

缓冲流的基本原理，是在创建流对象时，会创建一个内置的默认大小的缓冲区数组，通过缓冲区读写，减少系统IO次数，从而提高读写的效率。

1.2 字节缓冲流

构造方法

public BufferedInputStream(InputStream in) ：创建一个新的缓冲输入流。
public BufferedOutputStream(OutputStream out)：创建一个新的缓冲输出流。

构造举例，代码如下：

// 创建字节缓冲输入流

BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("bis.txt"));

// 创建字节缓冲输出流

BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("bos.txt"));

效率测试

查询API，缓冲流读写方法与基本的流是一致的，我们通过复制大文件（375MB），测试它的效率。

基本流，代码如下：

public class BufferedDemo {

   public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {

       // 记录开始时间

    long start = System.currentTimeMillis();

// 创建流对象

       try (

      FileInputStream fis = new FileInputStream("jdk9.exe");

      FileOutputStream fos = new FileOutputStream("copy.exe")

      ){

      // 读写数据

           int b;

           while ((b = fis.read()) != -1) {

               fos.write(b);

          }

      } catch (IOException e) {

           e.printStackTrace();

      }

// 记录结束时间

       long end = System.currentTimeMillis();

       System.out.println("普通流复制时间:"+(end - start)+" 毫秒");

  }

}



十几分钟过去了...

缓冲流，代码如下：

public class BufferedDemo {

   public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {

       // 记录开始时间

    long start = System.currentTimeMillis();

// 创建流对象

       try (

      BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("jdk9.exe"));

    BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("copy.exe"));

      ){

       // 读写数据

           int b;

           while ((b = bis.read()) != -1) {

               bos.write(b);

          }

      } catch (IOException e) {

           e.printStackTrace();

      }

// 记录结束时间

       long end = System.currentTimeMillis();

       System.out.println("缓冲流复制时间:"+(end - start)+" 毫秒");

  }

}



缓冲流复制时间:8016 毫秒

如何更快呢？

使用数组的方式，代码如下：

public class BufferedDemo {

   public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {

    // 记录开始时间

       long start = System.currentTimeMillis();

// 创建流对象

       try (

BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("jdk9.exe"));

BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("copy.exe"));

      ){

        // 读写数据

           int len;

           byte[] bytes = new byte[8*1024];

           while ((len = bis.read(bytes)) != -1) {

               bos.write(bytes, 0 , len);

          }

      } catch (IOException e) {

           e.printStackTrace();

      }

// 记录结束时间

       long end = System.currentTimeMillis();

       System.out.println("缓冲流使用数组复制时间:"+(end - start)+" 毫秒");

  }

}

缓冲流使用数组复制时间:666 毫秒

1.3 字符缓冲流

构造方法

public BufferedReader(Reader in) ：创建一个新的缓冲输入流。
public BufferedWriter(Writer out)：创建一个新的缓冲输出流。

构造举例，代码如下：

// 创建字符缓冲输入流

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

// 创建字符缓冲输出流

BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("bw.txt"));

特有方法

字符缓冲流的基本方法与普通字符流调用方式一致，不再阐述，我们来看它们具备的特有方法。

BufferedReader：public String readLine(): 读一行文字。
BufferedWriter：public void newLine(): 写一行行分隔符,由系统属性定义符号。

readLine方法演示，代码如下：

public class BufferedReaderDemo {

   public static void main(String[] args) throws IOException {

    // 创建流对象

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

// 定义字符串,保存读取的一行文字

       String line  = null;

    // 循环读取,读取到最后返回null

       while ((line = br.readLine())!=null) {

           System.out.print(line);

           System.out.println("------");

      }

// 释放资源

       br.close();

  }

}

newLine方法演示，代码如下：

public class BufferedWriterDemo throws IOException {

   public static void main(String[] args) throws IOException {

    // 创建流对象

BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("out.txt"));

    // 写出数据

       bw.write("你好");

    // 写出换行

       bw.newLine();

       bw.write("程序");

       bw.newLine();

       bw.write("员");

       bw.newLine();

// 释放资源

       bw.close();

  }

}

输出效果:

你好

程序

员

1.4 练习:文本排序

请将文本信息恢复顺序。

3.侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下。愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必得裨补阙漏，有所广益。

8.愿陛下托臣以讨贼兴复之效，不效，则治臣之罪，以告先帝之灵。若无兴德之言，则责攸之、祎、允等之慢，以彰其咎；陛下亦宜自谋，以咨诹善道，察纳雅言，深追先帝遗诏，臣不胜受恩感激。

4.将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用之于昔日，先帝称之曰能，是以众议举宠为督。愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。

2.宫中府中，俱为一体，陟罚臧否，不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理，不宜偏私，使内外异法也。

1.先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。

9.今当远离，临表涕零，不知所言。

6.臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。

7.先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。受命以来，夙夜忧叹，恐付托不效，以伤先帝之明，故五月渡泸，深入不毛。今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，北定中原，庶竭驽钝，攘除奸凶，兴复汉室，还于旧都。此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。至于斟酌损益，进尽忠言，则攸之、祎、允之任也。

5.亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之信之，则汉室之隆，可计日而待也。

案例分析

逐行读取文本信息。
解析文本信息到集合中。
遍历集合，按顺序，写出文本信息。

案例实现

public class BufferedTest {

   public static void main(String[] args) throws IOException {

       // 创建map集合,保存文本数据,键为序号,值为文字

       HashMap<String, String> lineMap = new HashMap<>();



       // 创建流对象

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

       BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("out.txt"));



       // 读取数据

       String line  = null;

       while ((line = br.readLine())!=null) {

           // 解析文本

           String[] split = line.split("\\.");

           // 保存到集合

           lineMap.put(split[0],split[1]);

      }

       // 释放资源

       br.close();



       // 遍历map集合

       for (int i = 1; i <= lineMap.size(); i++) {

           String key = String.valueOf(i);

           // 获取map中文本

           String value = lineMap.get(key);

        // 写出拼接文本

           bw.write(key+"."+value);

        // 写出换行

           bw.newLine();

      }

// 释放资源

       bw.close();

  }

}

第二章转换流

2.1 字符编码和字符集

字符编码

计算机中储存的信息都是用二进制数表示的，而我们在屏幕上看到的数字、英文、标点符号、汉字等字符是二进制数转换之后的结果。按照某种规则，将字符存储到计算机中，称为编码。反之，将存储在计算机中的二进制数按照某种规则解析显示出来，称为解码。比如说，按照A规则存储，同样按照A规则解析，那么就能显示正确的文本符号。反之，按照A规则存储，再按照B规则解析，就会导致乱码现象。

编码:字符(能看懂的)--字节(看不懂的)

解码:字节(看不懂的)-->字符(能看懂的)

字符编码Character Encoding : 就是一套自然语言的字符与二进制数之间的对应规则。

编码表:生活中文字和计算机中二进制的对应规则

字符集

字符集 Charset：也叫编码表。是一个系统支持的所有字符的集合，包括各国家文字、标点符号、图形符号、数字等。

计算机要准确的存储和识别各种字符集符号，需要进行字符编码，一套字符集必然至少有一套字符编码。常见字符集有ASCII字符集、GBK字符集、Unicode字符集等。

可见，当指定了编码，它所对应的字符集自然就指定了，所以编码才是我们最终要关心的。

ASCII字符集 ：
- ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准代码）是基于拉丁字母的一套电脑编码系统，用于显示现代英语，主要包括控制字符（回车键、退格、换行键等）和可显示字符（英文大小写字符、阿拉伯数字和西文符号）。
- 基本的ASCII字符集，使用7位（bits）表示一个字符，共128字符。ASCII的扩展字符集使用8位（bits）表示一个字符，共256字符，方便支持欧洲常用字符。
ISO-8859-1字符集：
- 拉丁码表，别名Latin-1，用于显示欧洲使用的语言，包括荷兰、丹麦、德语、意大利语、西班牙语等。
- ISO-8859-1使用单字节编码，兼容ASCII编码。
GBxxx字符集：
- GB就是国标的意思，是为了显示中文而设计的一套字符集。
- GB2312：简体中文码表。一个小于127的字符的意义与原来相同。但两个大于127的字符连在一起时，就表示一个汉字，这样大约可以组合了包含7000多个简体汉字，此外数学符号、罗马希腊的字母、日文的假名们都编进去了，连在ASCII里本来就有的数字、标点、字母都统统重新编了两个字节长的编码，这就是常说的"全角"字符，而原来在127号以下的那些就叫"半角"字符了。
- GBK：最常用的中文码表。是在GB2312标准基础上的扩展规范，使用了双字节编码方案，共收录了21003个汉字，完全兼容GB2312标准，同时支持繁体汉字以及日韩汉字等。
- GB18030：最新的中文码表。收录汉字70244个，采用多字节编码，每个字可以由1个、2个或4个字节组成。支持中国国内少数民族的文字，同时支持繁体汉字以及日韩汉字等。
Unicode字符集 ：
- Unicode编码系统为表达任意语言的任意字符而设计，是业界的一种标准，也称为统一码、标准万国码。
- 它最多使用4个字节的数字来表达每个字母、符号，或者文字。有三种编码方案，UTF-8、UTF-16和UTF-32。最为常用的UTF-8编码。
- UTF-8编码，可以用来表示Unicode标准中任何字符，它是电子邮件、网页及其他存储或传送文字的应用中，优先采用的编码。互联网工程工作小组（IETF）要求所有互联网协议都必须支持UTF-8编码。所以，我们开发Web应用，也要使用UTF-8编码。它使用一至四个字节为每个字符编码，编码规则：
  1. 128个US-ASCII字符，只需一个字节编码。
  2. 拉丁文等字符，需要二个字节编码。
  3. 大部分常用字（含中文），使用三个字节编码。
  4. 其他极少使用的Unicode辅助字符，使用四字节编码。

2.2 编码引出的问题

在IDEA中，使用FileReader 读取项目中的文本文件。由于IDEA的设置，都是默认的UTF-8编码，所以没有任何问题。但是，当读取Windows系统中创建的文本文件时，由于Windows系统的默认是GBK编码，就会出现乱码。

public class ReaderDemo {

   public static void main(String[] args) throws IOException {

       FileReader fileReader = new FileReader("E:\\File_GBK.txt");

       int read;

       while ((read = fileReader.read()) != -1) {

           System.out.print((char)read);

      }

       fileReader.close();

  }

}

输出结果：

���

那么如何读取GBK编码的文件呢？

2.3 InputStreamReader类

转换流java.io.InputStreamReader，是Reader的子类，是从字节流到字符流的桥梁。它读取字节，并使用指定的字符集将其解码为字符。它的字符集可以由名称指定，也可以接受平台的默认字符集。

构造方法

InputStreamReader(InputStream in): 创建一个使用默认字符集的字符流。
InputStreamReader(InputStream in, String charsetName): 创建一个指定字符集的字符流。

构造举例，代码如下：

InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream("in.txt"));

InputStreamReader isr2 = new InputStreamReader(new FileInputStream("in.txt") , "GBK");

指定编码读取

public class ReaderDemo2 {

   public static void main(String[] args) throws IOException {

    // 定义文件路径,文件为gbk编码

       String FileName = "E:\\file_gbk.txt";

    // 创建流对象,默认UTF8编码

       InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream(FileName));

    // 创建流对象,指定GBK编码

       InputStreamReader isr2 = new InputStreamReader(new FileInputStream(FileName) , "GBK");

// 定义变量,保存字符

       int read;

    // 使用默认编码字符流读取,乱码

       while ((read = isr.read()) != -1) {

           System.out.print((char)read); // ��Һ�

      }

       isr.close();

     

    // 使用指定编码字符流读取,正常解析

       while ((read = isr2.read()) != -1) {

           System.out.print((char)read);// 大家好

      }

       isr2.close();

  }

}

2.4 OutputStreamWriter类

转换流java.io.OutputStreamWriter ，是Writer的子类，是从字符流到字节流的桥梁。使用指定的字符集将字符编码为字节。它的字符集可以由名称指定，也可以接受平台的默认字符集。

构造方法

OutputStreamWriter(OutputStream in): 创建一个使用默认字符集的字符流。
OutputStreamWriter(OutputStream in, String charsetName): 创建一个指定字符集的字符流。

构造举例，代码如下：

OutputStreamWriter isr = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("out.txt"));

OutputStreamWriter isr2 = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("out.txt") , "GBK");

指定编码写出

public class OutputDemo {

   public static void main(String[] args) throws IOException {

    // 定义文件路径

       String FileName = "E:\\out.txt";

    // 创建流对象,默认UTF8编码

       OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(FileName));

       // 写出数据

    osw.write("你好"); // 保存为6个字节

       osw.close();

    

// 定义文件路径

String FileName2 = "E:\\out2.txt";

    // 创建流对象,指定GBK编码

       OutputStreamWriter osw2 = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(FileName2),"GBK");

       // 写出数据

    osw2.write("你好");// 保存为4个字节

       osw2.close();

  }

}

转换流理解图解

转换流是字节与字符间的桥梁！

2.5 练习：转换文件编码

将GBK编码的文本文件，转换为UTF-8编码的文本文件。

案例分析

指定GBK编码的转换流，读取文本文件。
使用UTF-8编码的转换流，写出文本文件。

案例实现

public class TransDemo {

  public static void main(String[] args) {      

  // 1.定义文件路径

    String srcFile = "file_gbk.txt";

       String destFile = "file_utf8.txt";

// 2.创建流对象

  // 2.1 转换输入流,指定GBK编码

       InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream(srcFile) , "GBK");

  // 2.2 转换输出流,默认utf8编码

       OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(destFile));

// 3.读写数据

  // 3.1 定义数组

       char[] cbuf = new char[1024];

  // 3.2 定义长度

       int len;

  // 3.3 循环读取

       while ((len = isr.read(cbuf))!=-1) {

           // 循环写出

        osw.write(cbuf,0,len);

      }

  // 4.释放资源

       osw.close();

       isr.close();

}

}

第三章序列化

3.1 概述

Java 提供了一种对象序列化的机制。用一个字节序列可以表示一个对象，该字节序列包含该对象的数据、对象的类型和对象中存储的属性等信息。字节序列写出到文件之后，相当于文件中持久保存了一个对象的信息。

反之，该字节序列还可以从文件中读取回来，重构对象，对它进行反序列化。对象的数据、对象的类型和对象中存储的数据信息，都可以用来在内存中创建对象。看图理解序列化：

3.2 ObjectOutputStream类

java.io.ObjectOutputStream 类，将Java对象的原始数据类型写出到文件,实现对象的持久存储。

构造方法

public ObjectOutputStream(OutputStream out)：创建一个指定OutputStream的ObjectOutputStream。

构造举例，代码如下：

FileOutputStream fileOut = new FileOutputStream("employee.txt");

ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(fileOut);

序列化操作

一个对象要想序列化，必须满足两个条件:

该类必须实现java.io.Serializable 接口，Serializable 是一个标记接口，不实现此接口的类将不会使任何状态序列化或反序列化，会抛出NotSerializableException 。
该类的所有属性必须是可序列化的。如果有一个属性不需要可序列化的，则该属性必须注明是瞬态的，使用transient 关键字修饰。

public class Employee implements java.io.Serializable {

   public String name;

   public String address;

   public transient int age; // transient瞬态修饰成员,不会被序列化

   public void addressCheck() {

    System.out.println("Address check : " + name + " -- " + address);

  }

}

2.写出对象方法

public final void writeObject (Object obj) : 将指定的对象写出。

public class SerializeDemo{

  public static void main(String [] args)   {

  Employee e = new Employee();

  e.name = "zhangsan";

  e.address = "beiqinglu";

  e.age = 20; 

  try {

    // 创建序列化流对象

         ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("employee.txt"));

      // 写出对象

      out.writeObject(e);

      // 释放资源

      out.close();

      fileOut.close();

      System.out.println("Serialized data is saved"); // 姓名，地址被序列化，年龄没有被序列化。

      } catch(IOException i)   {

           i.printStackTrace();

      }

  }

}

输出结果：

Serialized data is saved

3.3 ObjectInputStream类

ObjectInputStream反序列化流，将之前使用ObjectOutputStream序列化的原始数据恢复为对象。

构造方法

public ObjectInputStream(InputStream in)：创建一个指定InputStream的ObjectInputStream。

反序列化操作1

如果能找到一个对象的class文件，我们可以进行反序列化操作，调用ObjectInputStream读取对象的方法：

public final Object readObject () : 读取一个对象。

public class DeserializeDemo {

  public static void main(String [] args)   {

       Employee e = null;

       try { 

            // 创建反序列化流

            FileInputStream fileIn = new FileInputStream("employee.txt");

            ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(fileIn);

            // 读取一个对象

            e = (Employee) in.readObject();

            // 释放资源

            in.close();

            fileIn.close();

      }catch(IOException i) {

            // 捕获其他异常

            i.printStackTrace();

            return;

      }catch(ClassNotFoundException c) {

      // 捕获类找不到异常

            System.out.println("Employee class not found");

            c.printStackTrace();

            return;

      }

       // 无异常,直接打印输出

       System.out.println("Name: " + e.name); // zhangsan

       System.out.println("Address: " + e.address); // beiqinglu

       System.out.println("age: " + e.age); // 0

  }

}

对于JVM可以反序列化对象，它必须是能够找到class文件的类。如果找不到该类的class文件，则抛出一个 ClassNotFoundException 异常。

反序列化操作2

另外，当JVM反序列化对象时，能找到class文件，但是class文件在序列化对象之后发生了修改，那么反序列化操作也会失败，抛出一个InvalidClassException异常。发生这个异常的原因如下：

该类的序列版本号与从流中读取的类描述符的版本号不匹配
该类包含未知数据类型
该类没有可访问的无参数构造方法

Serializable 接口给需要序列化的类，提供了一个序列版本号。serialVersionUID 该版本号的目的在于验证序列化的对象和对应类是否版本匹配。

public class Employee implements java.io.Serializable {

    // 加入序列版本号

    private static final long serialVersionUID = 1L;

    public String name;

    public String address;

    // 添加新的属性 ,重新编译, 可以反序列化,该属性赋为默认值.

    public int eid; 



    public void addressCheck() {

        System.out.println("Address check : " + name + " -- " + address);

    }

}

3.4 练习：序列化集合

将存有多个自定义对象的集合序列化操作，保存到list.txt文件中。
反序列化list.txt ，并遍历集合，打印对象信息。

案例分析

把若干学生对象，保存到集合中。
把集合序列化。
反序列化读取时，只需要读取一次，转换为集合类型。
遍历集合，可以打印所有的学生信息

案例实现

public class SerTest {

public static void main(String[] args) throws Exception {

// 创建 学生对象

Student student = new Student("老王", "laow");

Student student2 = new Student("老张", "laoz");

Student student3 = new Student("老李", "laol");



ArrayList<Student> arrayList = new ArrayList<>();

arrayList.add(student);

arrayList.add(student2);

arrayList.add(student3);

// 序列化操作

// serializ(arrayList);



// 反序列化  

ObjectInputStream ois  = new ObjectInputStream(new FileInputStream("list.txt"));

// 读取对象,强转为ArrayList类型

ArrayList<Student> list  = (ArrayList<Student>)ois.readObject();



    for (int i = 0; i < list.size(); i++ ){

        Student s = list.get(i);

      System.out.println(s.getName()+"--"+ s.getPwd());

    }

}



private static void serializ(ArrayList<Student> arrayList) throws Exception {

// 创建 序列化流 

ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("list.txt"));

// 写出对象

oos.writeObject(arrayList);

// 释放资源

oos.close();

}

}

第四章打印流

4.1 概述

平时我们在控制台打印输出，是调用print方法和println方法完成的，这两个方法都来自于java.io.PrintStream类，该类能够方便地打印各种数据类型的值，是一种便捷的输出方式。

4.2 PrintStream类

构造方法

public PrintStream(String fileName)：使用指定的文件名创建一个新的打印流。

构造举例，代码如下：

PrintStream ps = new PrintStream("ps.txt")；

改变打印流向

System.out就是PrintStream类型的，只不过它的流向是系统规定的，打印在控制台上。不过，既然是流对象，我们就可以玩一个"小把戏"，改变它的流向。

public class PrintDemo {

   public static void main(String[] args) throws IOException {

// 调用系统的打印流,控制台直接输出97

       System.out.println(97);

     

// 创建打印流,指定文件的名称

       PrintStream ps = new PrintStream("ps.txt");

    

    // 设置系统的打印流流向,输出到ps.txt

       System.setOut(ps);

    // 调用系统的打印流,ps.txt中输出97

       System.out.println(97);

  }

}

侯舒怀

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