Java IO 学习笔记（二）
一、文件流
与文件系统的交互是程序的重中之重。在 Java IO 中，我们把与文件系统交互的流称为文件流，它们分别是 FileInputStream 与 FileOutputStream。
在文件流的学习中，有两个问题需要注意：
1. 从广义上来讲，计算机文件即为二进制文件。无论是纯文本文件还是图像文件等，本质上都是以二进制的形式存储在设备中的。
2. Java 的文件流是字节流，只能从文件中读取字节，也只能向文件中写入字节。
二、File
File 类，即为文件类，它以抽象的方式代表文件名和目录路径名，主要用于文件和目录的创建、文件的查找和文件的删除等。
无论是 FileInputStream 还是 FileOutputStream，都依赖于 File 类。它们都需要通过 File 对象，来对磁盘中实际存在的文件进行操作。
本文重点要介绍的是 IO 操作，因此对于 File 类不做深入讨论，如有兴趣进一步了解，可自行阅读源码或者阅读以下基础教程：Java File 类
三、FileInputStream
FileInputStream 是 Java 文件流中的输入流，继承自 InputStream，可以从本地文件系统中读取字节数据。
3.1 类图
3.2 构造方法
如上图所示，FileInputStream 有 3 种构造方法：
| 方法名 | 方法详解 |
|---|---|
| FileInputStream(String name) | 通过打开一个到实际文件的连接来创建一个 FileInputStream 对象，该文件通过文件系统中的路径名 name 指定。假如文件不存在，会抛出 FileNotFoundException 异常。 |
| FileInputStream(File file) | 通过打开一个到实际文件的连接来创建一个 FileInputStream 对象，该文件通过文件系统中的 File 对象 file 指定。假如文件不存在，会抛出 FileNotFoundException 异常。 |
| FileInputStream(FileDescriptor fdObj) | 通过文件描述符 fdObj 创建一个 FileInputStream 对象，该文件描述符表示到文件系统中某个实际文件的现有连接。假如文件描述符为空，会抛出 NullPointerException 异常。 |
3.3 方法详解
从类图中可以看出，FileInputStream 的方法并不少。但实际上，开发人员只要重点掌握以下几个方法即可。
| 方法名 | 作用 |
|---|---|
| read() | 从文件输入流中读取一个字节数据。 |
| read(byte[] b) | 从文件输入流中将最多 b.length 个字节的数据读入一个 byte 数组中。 |
| read(byte[] b, int off, int len) | 从文件输入流中第 off 个位置开始，将最多 len 个字节的数据读入一个 byte 数组中。 |
| skip(long n) | 从输入流中跳过并丢弃 n 个字节的数据。 |
| available() | 返回流中剩余的可读字节数。 |
| close() | 关闭流，并释放与该流有关联的系统资源。 |
| finalize() | 确保不再持有该输入流的引用时，能调用其 close 方法。 |
3.4 应用实例
首先，我们在项目源目录下创建文本文件 panda.txt，并在该文件中输入 4 个字符 abcd。
然后，我们使用 FileInputStream 尝试读取 panda.txt 的数据。
private static final String FILE_PATH = FileUtil.class.getClassLoader().getResource("").getPath();
public static void readFile() {
File file = new File(FILE_PATH + File.separator + "panda.txt");
try {
InputStream in = new FileInputStream(file);
int len;
while ((len = in.read()) != -1) {
System.out.println(len);
}
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}代码编写完后，点击运行，发现控制台打印出如下结果：97 98 99 100。
这时候我们就遇到一个问题了。为什么我们输入的是 abcd，结果 FileInputStream 读到的却是这 4 个数字？
答案就在下面这张表格，也是著名的 ASCII 码表的一部分。
| 字符 | 二进制 | 十进制 |
|---|---|---|
| a | 0110 0001 | 97 |
| b | 0110 0010 | 98 |
| c | 0110 0011 | 99 |
| d | 0110 0100 | 100 |
我们一再强调，FileInputStream 是字节流，只能从文件中读取字节。因此，当你的文本文件中含有字符 a 时，FileInputStream 所获取的实际上是字符 a 在存储空间中所代表的二进制数据 0110 0001，然后再以十进制的形式返回到我们的控制台上。
这时候我们又碰到了一个问题。如果以上论述成立的话，那么，字符与二进制之间的关系是如何确立的？
这个问题，就需要编码来解决了。在我们本例中，因为文本文件中存储的是英文字母，所以只需要 ASCII 码表就够了。但假如文本文件中含有中文呢？结果又会是怎样？
现在，我们将 panda.txt 中的数据改为 一，然后再次运行程序，得到以下结果：228 184 128。
wtf？我输入的是汉字，你给我的是什么玩意？实际上，这三个数字是由 UTF-8 编码将汉字 一 转化成字节数据的结果。如果此时我们将 panda.txt 的编码格式改为 GBK，会发现程序的运行结果如下：210 187。
我们可以看到，在 UTF-8 编码中，汉字 一 占据了 3 个字节，而在 GBK 编码中，汉字 一 仅占据了 2 个字节。
综上，我们可以做如下结论：FileInputStream 只能读取字节，而字节的值，是由编码方式与字符集决定的。
四、FileOutputStream
FileOutputStream 是 Java 文件流中的输出流，继承自 OutputStream，可以向本地文件系统写入字节数据。
4.1 类图
4.2 构造方法
如上图所示，FileOutputStream 有 5 种构造方法：
| 方法名 | 方法详解 |
|---|---|
| FileOutputStream(String name) | 创建一个向指定名称的文件写入字节数据的文件输出流。假如文件不存在或者文件为根目录，会抛出 FileNotFoundException 异常。 |
| FileOutputStream(String name, boolean append) | 创建一个向指定名称的文件写入字节数据的文件输出流。假如 append 为 ture，则输出的字节数据将补充在文件的尾部，否则将在文件的起始位置写入。 |
| FileOutputStream(File file) | 创建一个向指定 File 对象表示的文件写入字节数据的文件输出流。假如文件不存在或者文件为根目录，会抛出 FileNotFoundException 异常。 |
| FileOutputStream(File file, boolean append) | 创建一个向指定 File 对象表示的文件写入字节数据的文件输出流。假如 append 为 ture，则输出的字节数据将补充在文件的尾部，否则将在文件的起始位置写入。 |
| FileOutputStream(FileDescriptor fdObj) | 创建一个向指定文件描述符写入字节数据的文件输出流，该文件描述符表示一个到文件系统中的某个实际文件的现有连接。 |
4.3 方法详解
相对 FileInputStream，FileOutputStream 的方法数量会少一些，常用的方法如下表所示。
| 方法名 | 作用 |
|---|---|
| write(int b) | 将指定字节写入到此文件输出流。 |
| write(byte[] b) | 将 b.length 个字节从指定 byte 数组写入到此文件输出流。 |
| write(byte[] b, int off, int len) | 从 byte 数组第 off 个位置开始，将最多 len 个字节的数据写入到此文件输出流。 |
| close() | 关闭流，并释放与该流有关联的系统资源。 |
| finalize() | 确保不再持有该输出流的引用时，能调用其 close 方法。 |
4.4 应用实例
首先，我们完成一个 FileOutputStream 的代码实例。
public static void writeFile() {
File file = new File(FILE_PATH + File.separator + "out.txt");
try {
OutputStream out = new FileOutputStream(file);
out.write(97);
out.close();
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}然后我们打开 out.txt 文件，发现里面有一个字符 a。但是，我们注意到，代码里面 write(int b) 方法的参数明明是 97 啊，为什么会变成字符 a 了？还是跟我们在 FileInputStream 中的解释一样。 FileOutputStream 只能写出字节数据！ 所以你给了它一个值为 97 的参数，它不会明白 97 的意思，但是它能找到 97 对应的字符 a。
我们再来做一件有趣的事情，试一试写入代表中文字符的字节。
public static void writeFile() {
File file = new File(FILE_PATH + File.separator + "out.txt");
try {
OutputStream out = new FileOutputStream(file);
String text = "一";
out.write(text.getBytes());
out.close();
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}因为 FileOutputStream 不能直接写入字符串，因此我们需要调用 String 类的 getBytes() 方法，获取字节数组。
点击运行程序后，我们打开 out.txt 文件，发现里面确实写入了字符 一。
嗯，看样子我们像是已经完成了 FileOutputStream 的学习，但是别急，我们还有一件事没做。
首先，我们查看了 out.txt 的编码，发现编码方式为 UTF-8。这时候问题来了，我们什么时候指定编码方式了？仔细思考一下，应该是在调用 getBytes() 方法时实现了编码的设置，因此我们从 getBytes() 方法跟踪进去，最后在 Charset 类中发现了下面的代码：
public static Charset defaultCharset() {
if (defaultCharset == null) {
synchronized (Charset.class) {
String csn = AccessController.doPrivileged(
new GetPropertyAction("file.encoding"));
Charset cs = lookup(csn);
if (cs != null)
defaultCharset = cs;
else
defaultCharset = forName("UTF-8");
}
}
return defaultCharset;
}这段代码有什么作用呢？它可以返回 JVM 的默认编码格式，而 JVM 的编码格式，又依赖于底层操作系统。因为我的系统使用的是 UTF-8 编码，因此我们在运行上面的示例代码时，默认使用了 UTF-8。
当然，这个编码方式我们也可以自己指定。
public static void writeFile() {
File file = new File(FILE_PATH + File.separator + "out.txt");
try {
OutputStream out = new FileOutputStream(file);
String text = "一";
out.write(text.getBytes("GBK"));
out.close();
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}点击运行后，我们使用 Binary Viewer 查看 out.txt 文件，发现里面有两个字节，值为 210 187，刚好与我们在 FileInputStream 中的示例一致。
综上，我们可以做如下结论：FileOutputStream 只能输出字节，而字节的编码方式，可以用户自己设置，也可以使用 JVM 的默认编码。
写在最后：实际上，目前需要程序直接做文本输入输出的情况已经非常少了，大多数情况，我们可以选择使用更为专业的 Property 工具类。但是，我们还是有必要深入学习文本的输入与输出，特别是其中涉及的编码与解码。只有这部分的基础牢固了，才能在日后的开发中避免乱码的发生。