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。

一.缓冲流

(一)概述

缓冲流,也叫高效流，是对4个基本流的增强，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。

(二)字节缓冲流

1.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"));

2.效率测试

查询API，缓冲流读写方法与基本的流是一致的，我们通过复制图片（2.49MB），测试它的效率。

① 字节流复制图片代码：

public class CopyImage1 {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test1\\path1\\1.jpg");
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream("code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test1\\path2\\1.jpg")) {
            int len;
            Long l1 = System.currentTimeMillis();
            while ((len = fis.read()) != -1) {
                fos.write(len);
            }
            Long l2 = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("图片复制完毕!");
            System.out.println("使用字节流一次读写1个字节用时: " + (l2 - l1) + "毫秒");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：

image.png

② 字节流使用数组的方式复制图片代码：

public class CopyImage2 {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test1\\path1\\1.jpg");
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream("code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test1\\path2\\2.jpg")) {
            byte[] bytes = new byte[1024];
            int len;
            Long l1 = System.currentTimeMillis();
            while ((len = fis.read(bytes)) != -1) {
                fos.write(bytes, 0, len);
            }
            Long l2 = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("图片复制完毕!");
            System.out.println("使用字节流一次读写1024个字节用时: " + (l2 - l1) + "毫秒");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：

image.png

③ 字节缓冲流复制图片代码：

public class CopyImage3 {
    public static void main(String[] args) {
        try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test1\\path1\\1.jpg"));
             BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test1\\path2\\3.jpg"))) {
            int len;
            Long l1 = System.currentTimeMillis();
            while ((len = bis.read()) != -1) {
                bos.write(len);
            }
            Long l2 = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("图片复制完毕!");
            System.out.println("使用字节缓冲流一次读写1个字节用时: " + (l2 - l1) + "毫秒");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：

image.png

④ 字节缓冲流使用数组方式复制图片代码：

public class CopyImage4 {
    public static void main(String[] args) {
        try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test1\\path1\\1.jpg"));
             BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test1\\path2\\4.jpg"))) {
            byte[] bytes = new byte[1024];
            int len;
            Long l1 = System.currentTimeMillis();
            while ((len = bis.read(bytes)) != -1) {
                bos.write(bytes, 0, len);
            }
            Long l2 = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("图片复制完毕!");
            System.out.println("使用字节缓冲流一次读写1024个字节用时: " + (l2 - l1) + "毫秒");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：

image.png

(三)字符缓冲流

1.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"));

2.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和newLine方法演示代码：

public class ReadLineAndNewLine {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建流对象
        try (BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test2\\a.txt"));
             BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test2\\a.txt"))) {
            // 写出数据
            bw.write("1.你好世界！");
            // 写出换行
            bw.newLine();
            bw.write("2.你好程序员！");
            bw.newLine();
            bw.write("3.你好世界！");
            bw.newLine();
            bw.write("4.你好程序员！");
            bw.newLine();
            bw.write("5.你好世界！");
            bw.newLine();
            bw.write("6.你好程序员！");
            // 写入数据，释放资源
            bw.close();
            // 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.println(line);
                System.out.println("--------");
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：

image.png

a.txt：

image.png

3.练习:文本排序

请将文本信息恢复顺序。

image.png

① 案例分析

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

public class TextOrder {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建流对象
        try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test3\\in.txt"));
             BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test3\\out.txt"))) {
            // 创建list集合,保存文本数据,值为序号，(Integer)类型
            ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
            // 创建map集合,保存文本数据,键为序号,值为文字
            HashMap<String, String> map = new HashMap<>();
            // 读取数据
            String line = null;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                // 解析文本
                String[] split = line.split("\\.");
                // 保存到map集合
                map.put(split[0], split[1]);
                // 保存到list集合
                list.add((Integer.valueOf(split[0])));
            }
            // 排序
            Collections.sort(list);
            for (Integer key : list) {
                // 写出拼接文本
                bw.write(key + "." + map.get(key.toString()));
                // 写出换行
                bw.newLine();
            }
            // 释放资源
            bw.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：

image.png

二.转换流

(一)字符编码和字符集

1.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

2.字符集

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。

• 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。
  
  image.png

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。

(二)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 EnCodeError {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileReader fr = new FileReader("code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test4\\File_GBK.txt")) {
            int read;
            while ((read = fr.read()) != -1) {
                // 默认UTF-8，而读取的文件是JBK
                System.out.println((char) read);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

image.png

(三)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。

1.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");

指定编码读取代码：

public class InputStreamReaderTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义文件路径,文件为gbk编码
        String fileName = "code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test5\\File_GBK.txt";
        // 创建流对象
        try (InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream(fileName));
             InputStreamReader isr2 = new InputStreamReader(new FileInputStream(fileName), "GBK")) {
            // 定义变量,保存字符
            int len;
            // 使用默认编码字符流读取,乱码
            while ((len = isr.read()) != -1) {
                System.out.print((char) len);
            }
            System.out.println();
            // 使用指定编码字符流读取,正常解析:你好
            while ((len = isr2.read()) != -1) {
                System.out.print((char) len);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：

image.png

(四)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。

1.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");

指定编码写出代码：

public class OutputStreamWriterTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义文件路径,文件为gbk编码
        String fileName = "code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test6\\File_UTF_8.txt";
        String fileName2 = "code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test6\\File_GBK.txt";
        // 创建流对象
        try (OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(fileName), "UTF-8");
             OutputStreamWriter osw2 = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(fileName2), "GBK")) {
            // 写出数据
            osw.write("你好世界!");
            osw2.write("你好世界!");
            // 释放资源
            osw.close();
            osw2.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：

image.png

image.png

(四)转换流图解

image.png

(五)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

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

转换文件代码：

public class FileTransformation {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义文件输入路径,文件为gbk编码
        String inputFile = "code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test7\\File_GBK.txt";
        // 定义文件输出路径,文件为gbk编码
        String outputFile = "code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test7\\File_UTF_8.txt";
        // 创建流对象
        try (InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream(inputFile), "GBK");
             OutputStreamWriter osr = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(outputFile), "UTF-8")) {
            // 定义变量,保存字符
            int len;
            // 使用指定编码字符流读取
            while ((len = isr.read()) != -1) {
                // 使用指定编码字符写出
                osr.write((char) len);
            }
            // 释放资源
            osr.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：

image.png

三.序列化

(一)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。

(二) 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。

1.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);

2.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 。
  

  image.png

• 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。

3.写出对象方法

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

要被序列化的对象代码：

public class Employee implements Serializable {
    private String name;
    private int age;
    private transient String address;

    public Employee() {
    }

    public Employee(String name, int age, String address) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.address = address;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Employee{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", address='" + address + '\'' +
                '}';
    }
}

序列化对象代码：

public class SerializationObject {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建序列化流对象
        try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test8\\employee.txt"))) {
            Employee employee = new Employee("迪丽热巴", 18, "新疆");
            // 写出对象
            oos.writeObject(employee);
            // 释放资源
            oos.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：

image.png

(三)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。

1.构造方法

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

2.反序列化操作

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。

反序列化对象代码：

public class DeserializationObject {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建反序列化流
        try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test8\\employee.txt"))) {
            // 读取一个对象
            Object o = ois.readObject();
            Employee employee = ((Employee) o);
            System.out.println(employee);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            // 捕获类找不到异常
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：

image.png

(四)序列化流图解

image.png

(五)序列版本号

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。

1.固定序列版本号的反序列化操作

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

image.png

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。

要被序列化的对象代码加入序列版本号：

public class Employee implements Serializable {
    // 加入序列版本号
    private static final long serialVersionUID = 123456L;
    // 添加新的属性 ,重新编译, 可以反序列化,该属性赋为默认值.
    private int id;
    private String name;
    private int age;
    private transient String address;

    public Employee() {
    }

    public Employee(String name, int age, String address) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.address = address;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Employee{" +
                "id=" + id +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", address='" + address + '\'' +
                '}';
    }
}

添加新属性直接反序列化结果：

image.png

(六)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。

1.案例分析

① 把若干学生对象 ，保存到集合中。
② 把集合序列化。
③ 反序列化读取时，只需要读取一次，转换为集合类型。
④ 遍历集合，可以打印所有的学生信息

2.案例实现

序列化集合代码：

public class SerializationList {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建序列化与反序列化流
        try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test10\\students.txt"));
             ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test10\\students.txt"))) {
            // 创建集合
            ArrayList<Student> list = new ArrayList<>();
            // 往集合里添加对象
            list.add(new Student("张三", 18));
            list.add(new Student("李四", 19));
            list.add(new Student("王五", 20));
            // 写出对象
            oos.writeObject(list);
            // 释放资源
            oos.close();

            // 读取对象,强转为ArrayList类型，并存入集合中
            @SuppressWarnings("unchecked")
            ArrayList<Student> list2 = (ArrayList<Student>) ois.readObject();
            // 打印集合元素
            System.out.println(list2);
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：

image.png

四.打印流

(一)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。

(二)PrintStream类

1.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")；

2.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。

改变打印流向代码：

public class PrintStreamTest {
    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("code1\\src\\cn\\cxy\\demo23\\test11\\ps.txt");
        // 设置系统的打印流流向,输出到ps.txt
        System.setOut(ps);

        // 直接在ps.txt文件中写入a
        ps.write(97);
        // 直接在ps.txt文件中写入abc
        byte[] bytes = {97, 98, 99};
        ps.write(bytes);
        // 调用系统的打印流,ps.txt中输出97
        System.out.println(97);
    }
}

运行结果：

image.png

ps.txt：

image.png