Java IO

Java 提供了庞大的输入/输出 API 供开发者使用。在程序看来，所有的数据来源（磁盘 IO 、内存 IO 、网络 IO 、 ……）都可以看作是字节序列的读写，这个序列被称为流。具体来说，各种流的实现五花八门，所以 Java 提供了大量的流 IO 类给开发者。

按流的出入方向分，有两个抽象类： InputStream 和 OutputStream ；另外，为了方便读写 Unicode 文本（char），Java API 定义了 Reader 和 Writer ，从出入参可以看出，这些类是用于操作字符 char 的；

上述的每个抽象类都实现了 AutoCloseable 接口，因此都支持 try-with-resource 语法，即 try(InputStream ...){} 的写法，可以在 try 块中自动调用关闭流的 close() 方法。

为什么 Closeable 和 AutoCloseable 都有 close() 方法？因为 Closeable 方法的 close() 方法只抛出 IOException 但是 AutoCloseable 会抛出任何 Exception 。

而 OutputStream 和 Writer 还实现了 Flushable 接口，接口中的 flush() 方法用于冲刷流中处于缓冲区的数据；

读写字节

InputStream/OutputStream 家族（ FileInputStream 、 FileOutputStream …）

InputStream 和 OutputStream 的 read() 和 write() 方法都是阻塞的，执行时都会阻塞该线程到字节确实被读写，期间流如果暂时无法访问，则其他线程有机会抢占位置执行别的项目。如果使用 avavilable() 方法便可以判断此时可以获取多少个字节，下面的读取方式不可能被阻塞；

int bytesAvailable  = in.available();
if (bytesAvailable > 0) {
    var data = new byte[bytesAvailable];
    in.read(data);
}

Java 9 开始可以使用如下 API 读入流终端的所有字节；

byte[] bytes = in.readAllBytes(); // 一次读取所有的字节，其他的读取给定字节数的方法，都是调用 read() 方法，所以每个 InputStream 的子类都只需要重写 read() 方法即可

in.transferTo(out); // 可以将所有字节从 InputStream 传递到 OutputStream 中
long m = in.skip(n); // 用于跳过指定的字节数，返回实际被跳过的字节数
in.mark(readlimit); // 在字节流的 readlimit 处

对每个流操作完毕后都需要调用 close() 方法将其关闭，如果不关闭可能会有耗尽系统资源的风险。随着输出流的关闭，其输出缓冲区也会被关闭，缓冲区中的内容也会被冲刷出，如果不关闭流，那么流中的内容永远得不到传递。

实践中，我们会使用更具体的实现类来完成 IO 工作。比如 FileInputStream 读入文件流……

CharBuffer 类表示内存中的缓冲区，拥有按顺序和随机读写访问的方法；

CharSequence 接口描述一个 char 值序列的基本属性，String 、 CharBuffer 、 StringBuilder 和 StringBuffer 类都实现了他。

流的嵌套和组合

FileInputStream 和 FileOutputStream 提供了对磁盘文件的读写方法。但他们与父类 InputStream 和 OutputStream 一样，都只能读写字节，如果需要读写具体的类型，需要借助 DataInputStream 和 DataOutputStream 。这是 Java 提供的一种职责分离设计， FileInputStream / FileOutputStream 等类负责从外部的介质中读取字节流（控制台输入、内存、磁盘、网络等），DataInputStream DataOutputStream 和 FilterInputStream FilterOutputStream 负责将字节流解析成需要的类型。

我们通过嵌套使用这些流完成复杂的 IO 操作，比如我们想利用缓冲区完成更高效的 IO ，我们需要嵌套一个 BufferedInputStream BufferedOutputStream ：

var din = new DataInputStream(
    new BufferedInputStream(
        new FileInputStream("employee.dat")
    )
);

有时我们需要预览即将读入的下一个字节是否我们想要的，这时我们需要嵌套 PushbackInputStream ：

var pbin = new PushbackInputStream(
    new BufferedInputStream(
        new FileInputStream("employee.dat")
    )
);
int b = pbin.read();
if (b != '<') // 如果不是自己期望的结果，可以使用 unread() 方法将其推回到流中
    pbin.unread(b);

从流中读取一个字节时，使用 int 接收，不可以用 byte 和 char 接收：

使用 byte 接收，可能流中返回 0xFF ，转换为 byte 后会变为 -1 导致误判为到达流的末尾；
使用 char 接收，当流到达末尾返回 0xFFFFFFFF ，转换为 char 被截断成 0xFFFF ，此时的 char 也是不等于 -1 的，程序无法正常退出；

public static void main(String[] args) {
    char eof = (char) 0xFFFF;
    byte beof = (byte) 0xFF;
    System.out.println(eof == -1); // fasle
    System.out.println(beof == -1); // true
}

正确写法如下：

// 字节流
public static void main(String args) {
    FileInputStream in = getReadableStream();
    byte data;
    int result;
    while((result = in.read()) != -1) {
        data = (byte) result;
        // 使用 data
    }
}

// 字符流
public static void main(String args) {
    InputStreamReader in = getReader();
    char data;
    int result;
    while ((result = in.read()) != -1) {
        data = (char)result;
        // 使用 data
    }
}