Java 基于字节的IO Byte Based IO 二进制格式

更多 Java IO & NIO方面的文章,请参见文集《Java IO & NIO》


FileInputStream & FileOutputStream

读写格式:按字节读写,每次读写一个字节,或者读写一个字节数组。

public static void main(String[] args) throws Exception {
    InputStream fin = new FileInputStream("a.txt");
    OutputStream fout = new FileOutputStream("b.txt");

    System.out.println("How many bytes? = " + fin.available());

    int c;
    while((c = fin.read()) != -1) {
        System.out.print((char) c);

        fout.write(c);
    }
}

输出:

How many bytes? = 12
Hello
World

使用缓冲流 BufferedInputStream & BufferedOutputStream

读写格式:按字节读写,每次读写一个字节,或者读写一个字节数组。

优势:使用缓冲流,更节省时间,减少访问磁盘的数目
缓冲区默认大小为 8M:private static int DEFAULT_BUFFER_SIZE = 8192;

public static void main(String[] args) throws Exception {
    InputStream fin = new FileInputStream("a.txt");
    BufferedInputStream bin = new BufferedInputStream(fin);

    OutputStream fout = new FileOutputStream("b.txt");
    BufferedOutputStream bout = new BufferedOutputStream(fout);

    System.out.println("How many bytes? = " + bin.available());

    // Read and Write by byte
    int c;
    while ((c = bin.read()) != -1) {
        System.out.print((char) c);

        bout.write(c);
    }

    // Read and Write by byte array
    byte[] buf = new byte[12];
    while (bin.read(buf) != -1) {
        for(byte b: buf)
            System.out.print((char) b);

        bout.write(buf);
    }
}

输出:

How many bytes? = 12
Hello
World

FileInputStream VS BufferredInputStream

对比以上两个例子:
一个使用 FileInputStream 来操作文件
另外一个使用 BufferredInputStream 来封装 FileInputStream,然后操作文件。效率更高!!!

原因分析:

FileInputStream 的 read 方法实现如下:
可以看出,实际上调用了一个本地方法,每次读取一个字节,都需要通过 OS 来访问磁盘。

/**
 * Reads a byte of data from this input stream. This method blocks
 * if no input is yet available.
 *
 * @return     the next byte of data, or <code>-1</code> if the end of the
 *             file is reached.
 * @exception  IOException  if an I/O error occurs.
 */
public int read() throws IOException {
    return read0();
}

private native int read0() throws IOException;

BufferedInputStream 的 read 方法实现如下:
可以看出,BufferedInputStream 有一个缓冲区,每次从磁盘中读取 8M 的字节,存储到内存缓冲区中,调用 read() 时实际上是读取缓冲区,无需访问磁盘。

public synchronized int read() throws IOException {
    if (pos >= count) {
        fill();
        if (pos >= count)
            return -1;
    }
    return getBufIfOpen()[pos++] & 0xff;
}

读取具体数据类型 DateInputStream & DateOutputStream

读写格式:按字节读写,按照具体的数据类型读写特定数目的字节:

  • readChar, writeChar:每次读写 2 个字节
public final char readChar() throws IOException {
    int ch1 = in.read();
    int ch2 = in.read();
    if ((ch1 | ch2) < 0)
        throw new EOFException();
    return (char)((ch1 << 8) + (ch2 << 0));
}
public final void writeChar(int v) throws IOException {
    out.write((v >>> 8) & 0xFF);
    out.write((v >>> 0) & 0xFF);
    incCount(2);
}
  • readInt, writeInt:每次读写 4 个字节
public final int readInt() throws IOException {
    int ch1 = in.read();
    int ch2 = in.read();
    int ch3 = in.read();
    int ch4 = in.read();
    if ((ch1 | ch2 | ch3 | ch4) < 0)
        throw new EOFException();
    return ((ch1 << 24) + (ch2 << 16) + (ch3 << 8) + (ch4 << 0));
}
public final void writeInt(int v) throws IOException {
    out.write((v >>> 24) & 0xFF);
    out.write((v >>> 16) & 0xFF);
    out.write((v >>>  8) & 0xFF);
    out.write((v >>>  0) & 0xFF);
    incCount(4);
}
  • readDouble, writeDouble:每次读写 8 个字节
  • readLong, writeLong:每次读写 8 个字节
  • ...

DateInputStream & DateOutputStream 的使用:

public static void main(String[] args) throws Exception {
    OutputStream fout = new FileOutputStream("chars.txt");
    DataOutputStream dout = new DataOutputStream(fout);

    char chars[] = {'A', 'B', 'C', 'D'};
    for (int c : chars) {
        dout.writeChar(c);
    }
    dout.flush();

    InputStream fin = new FileInputStream("chars.txt");
    DataInputStream din = new DataInputStream(fin);
    char c;
    while (din.available() > 0) {
        c = din.readChar();
        System.out.print(c);
    }
}

输出:

ABCD

注意事项:
如下代码会将 1 按照二进制形式写入文件中,占据 4 bytes。
因此用记事本打开该文本文件,其实无法看到数字 1。

int i = 1;
dout.writeInt(i);

读取对象 ObjectInputStream & ObjectOutputStream

读写格式:按字节读写,读写的对象需要实现 Serializable 接口。

ObjectInputStream & ObjectOutputStream 的使用:

public class Stream_Object_Test {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        OutputStream fout = new FileOutputStream("people.txt");
        ObjectOutputStream oout = new ObjectOutputStream(fout);

        People p = new People("Tom", 20);
        oout.writeObject(p);

        InputStream fin = new FileInputStream("people.txt");
        ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(fin);
        People new_p = (People) oin.readObject();
        System.out.println(new_p.getName() + " " + new_p.getAge());
    }
}

class People implements Serializable {
    private String name;
    private int age;

    People(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}
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