前言
上篇文章，我們介紹了 java 的文件字節(jié)流框架中的相關(guān)內(nèi)容，而我們本篇文章將著重于文件字符流的相關(guān)內(nèi)容。
首先需要明確一點(diǎn)的是，字節(jié)流處理文件的時(shí)候是基于字節(jié)的，而字符流處理文件則是基于一個(gè)個(gè)字符為基本單元的。
但實(shí)際上，字符流操作的本質(zhì)就是「字節(jié)流操作」+「編碼」兩個(gè)過(guò)程的封裝，你想是不是，無(wú)論你是寫(xiě)一個(gè)字符到文件，你需要將字符編碼成二進(jìn)制，然后以字節(jié)為基本單位寫(xiě)入文件，或是你讀一個(gè)字符到內(nèi)存，你需要以字節(jié)為基本單位讀出，然后轉(zhuǎn)碼成字符。
理解這一點(diǎn)很重要，這將決定你對(duì)字符流整體上的理解是怎樣的，下面我們一起看看相關(guān) api 的設(shè)計(jì)。
基類 reader/writer
在正式學(xué)習(xí)字符流基類之前，我們需要知道 java 中是如何表示一個(gè)字符的。
首先，java 中的默認(rèn)字符編碼為：utf-8，而我們知道 utf-8 編碼的字符使用 1 到 4 個(gè)字節(jié)進(jìn)行存儲(chǔ)，越常用的字符使用越少的字節(jié)數(shù)。
而 char 類型被定義為兩個(gè)字節(jié)大小，也就是說(shuō)，對(duì)于通常的字符來(lái)說(shuō)，一個(gè) char 即可存儲(chǔ)一個(gè)字符，但對(duì)于一些增補(bǔ)字符集來(lái)說(shuō)，往往會(huì)使用兩個(gè) char 來(lái)表示一個(gè)字符。
reader 作為讀字符流的基類，它提供了最基本的字符讀取操作，我們一起看看。
先看看它的構(gòu)造器：
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protected object lock;protected reader() { this.lock = this;}protected reader(object lock) { if (lock == null) { throw new nullpointerexception(); } this.lock = lock;} |
reader 是一個(gè)抽象類，所以毋庸置疑的是，這些構(gòu)造器是給子類調(diào)用的，用于初始化 lock 鎖對(duì)象，這一點(diǎn)我們后續(xù)會(huì)詳細(xì)解釋。
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public int read() throws ioexception { char cb[] = new char[1]; if (read(cb, 0, 1) == -1) return -1; else return cb[0];}public int read(char cbuf[]) throws ioexception { return read(cbuf, 0, cbuf.length);}abstract public int read(char cbuf[], int off, int len) |
基本的讀字符操作都在這了，第一個(gè)方法用于讀取一個(gè)字符出來(lái)，如果已經(jīng)讀到了文件末尾，將返回 -1，同樣的以 int 作為返回值類型接收，為什么不用 char？原因是一樣的，都是由于 -1 這個(gè)值的解釋不確定性。
第二個(gè)方法和第三個(gè)方法是類似的，從文件中讀取指定長(zhǎng)度的字符放置到目標(biāo)數(shù)組當(dāng)中。第三個(gè)方法是抽象方法，需要子類自行實(shí)現(xiàn)，而第二個(gè)方法卻又是基于它的。
還有一些方法也是類似的：
- public long skip(long n)：跳過(guò) n 個(gè)字符
- public boolean ready()：下一個(gè)字符是否可讀
- public boolean marksupported()：見(jiàn) reset 方法
- public void mark(int readaheadlimit)：見(jiàn) reset 方法
- public void reset()：用于實(shí)現(xiàn)重復(fù)讀操作
- abstract public void close()：關(guān)閉流
這些個(gè)方法其實(shí)都見(jiàn)名知意，并且和我們的 inputstream 大體上都差不多，都沒(méi)有什么核心的實(shí)現(xiàn)，這里不再贅述，你大致知道它內(nèi)部有些個(gè)什么東西即可。
writer 是寫(xiě)的字符流，它用于將一個(gè)或多個(gè)字符寫(xiě)入到文件中，當(dāng)然具體的 write 方法依然是一個(gè)抽象的方法，待子類來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以我們這里亦不再贅述了。
適配器 inpuststramreader/outputstreamwriter
適配器字符流繼承自基類 reader 或 writer，它們算是字符流體系中非常重要的成員了。主要的作用就是，將一個(gè)字節(jié)流轉(zhuǎn)換成一個(gè)字符流，我們先以讀適配器為例。
首先就是它最核心的成員：
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private final streamdecoder sd; |
streamdecoder 是一個(gè)解碼器，用于將字節(jié)的各種操作轉(zhuǎn)換成字符的相應(yīng)操作，關(guān)于它我們會(huì)在后續(xù)的介紹中不間斷的提到它，這里不做統(tǒng)一的解釋。
然后就是構(gòu)造器：
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public inputstreamreader(inputstream in) { super(in); try { sd = streamdecoder.forinputstreamreader(in, this, (string)null); } catch (unsupportedencodingexception e) { throw new error(e); }}public inputstreamreader(inputstream in, string charsetname) throws unsupportedencodingexception{ super(in); if (charsetname == null) throw new nullpointerexception("charsetname"); sd = streamdecoder.forinputstreamreader(in, this, charsetname);} |
這兩個(gè)構(gòu)造器的目的都是為了初始化這個(gè)解碼器，都調(diào)用的方法 forinputstreamreader，只是參數(shù)不同而已。我們不妨看看這個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)：
這是一個(gè)典型的靜態(tài)工廠模式，三個(gè)參數(shù)，var0 和 var1 沒(méi)什么好說(shuō)的，分別代表的是字節(jié)流實(shí)例和適配器實(shí)例。
而參數(shù) var2 其實(shí)代表的是一種字符編碼的名稱，如果為 null，那么將使用系統(tǒng)默認(rèn)的字符編碼：utf-8 。
最終我們能夠得到一個(gè)解碼器實(shí)例。
接著介紹的所有方法幾乎都是依賴的這個(gè)解碼器而實(shí)現(xiàn)的。
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public string getencoding() { return sd.getencoding();}public int read() throws ioexception { return sd.read();}public int read(char cbuf[], int offset, int length){ return sd.read(cbuf, offset, length);}public void close() throws ioexception { sd.close();} |
解碼器中相關(guān)的方法的實(shí)現(xiàn)代碼還是相對(duì)復(fù)雜的，這里我們不做深入的研究，但大體上的實(shí)現(xiàn)思路就是：「字節(jié)流讀取 + 解碼」的過(guò)程。
當(dāng)然了，outputstreamwriter 中必然也存在一個(gè)相反的 streamencoder 實(shí)例用于編碼字符。
除了這一點(diǎn)外，其余的操作并沒(méi)有什么不同，或是通過(guò)字符數(shù)組向文件中寫(xiě)入，或是通過(guò)字符串向文件中寫(xiě)入，又或是通過(guò) int 的低 16 位向文件中寫(xiě)入。
文件字符流 filereader/writer
文件的字符流可以說(shuō)非常簡(jiǎn)單了，除了構(gòu)造器，就不存在任何其他方法了，完全依賴文件字節(jié)流。
我們以 filereader 為例，
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filereader 繼承自 inputstreamreader，有且僅有以下三個(gè)構(gòu)造器：public filereader(string filename) throws filenotfoundexception { super(new fileinputstream(filename));}public filereader(file file) throws filenotfoundexception { super(new fileinputstream(file));}public filereader(filedescriptor fd) { super(new fileinputstream(fd));} |
理論上來(lái)說(shuō)，所有的字符流都應(yīng)當(dāng)以我們的適配器為基類，因?yàn)橹挥兴峁┝俗址阶止?jié)之間的轉(zhuǎn)換，無(wú)論你是寫(xiě)或是讀都離不開(kāi)它。
而我們的 filereader 并沒(méi)有擴(kuò)展任何一個(gè)自己的方法，父類 inputstreamreader 中預(yù)實(shí)現(xiàn)的字符操作方法對(duì)他來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠，只需要傳入一個(gè)對(duì)應(yīng)的字節(jié)流實(shí)例即可。
filewriter 也是一樣的，這里不再贅述了。
字符數(shù)組流 chararrayreader/writer
字符數(shù)組和字節(jié)數(shù)組流是類似的，都是用于解決那種不確定文件大小，而需要讀取其中大量?jī)?nèi)容的情況。
由于它們內(nèi)部提供動(dòng)態(tài)擴(kuò)容機(jī)制，所以既可以完全容納目標(biāo)文件，也可以控制數(shù)組大小，不至于分配過(guò)大內(nèi)存而浪費(fèi)了大量?jī)?nèi)存空間。
先以 chararrayreader 為例
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protected char buf[];public chararrayreader(char buf[]) { this.buf = buf; this.pos = 0; this.count = buf.length;}public chararrayreader(char buf[], int offset, int length){ //....} |
構(gòu)造器核心任務(wù)就是初始化一個(gè)字符數(shù)組到內(nèi)部的 buf 屬性中，以后所有對(duì)該字符數(shù)組流實(shí)例的讀操作都基于 buf 這個(gè)字符數(shù)組。
關(guān)于 chararrayreader 的其他方法以及 chararraywriter，這里不再贅述了，和上篇的字節(jié)數(shù)組流基本類似。
除此之外，這里還涉及一個(gè) stringreader 和 stringwriter，其實(shí)本質(zhì)上和字符數(shù)組流是一樣的，畢竟 string 的本質(zhì)就是 char 數(shù)組。
緩沖數(shù)組流 bufferedreader/writer
同樣的，bufferedreader/writer 作為一種緩沖流，也是裝飾者流，用于提供緩沖功能。大體上類似于我們的字節(jié)緩沖流，這里我們簡(jiǎn)單介紹下。
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private reader in;private char cb[];private static int defaultcharbuffersize = 8192;public bufferedreader(reader in, int sz){..}public bufferedreader(reader in) { this(in, defaultcharbuffersize);} |
cb 是一個(gè)字符數(shù)組，用于緩存從文件流中讀取出來(lái)的部分字符，你可以在構(gòu)造器中初始化這個(gè)數(shù)組的長(zhǎng)度，否則將使用默認(rèn)值 8192 。
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public int read() throws ioexception {..}public int read(char cbuf[], int off, int len){...} |
關(guān)于 read，它依賴成員屬性 in 的讀方法，而 in 作為一個(gè) reader 類型，內(nèi)部往往又依賴的某個(gè) inputstream 實(shí)例的讀方法。
所以說(shuō)，幾乎所有的字符流都離不開(kāi)某個(gè)字節(jié)流實(shí)例。
關(guān)于 bufferedwriter，這里也不再贅述了，大體上都是類似的，只不過(guò)一個(gè)是讀一個(gè)是寫(xiě)而已，都圍繞著內(nèi)部的字符數(shù)組進(jìn)行。
標(biāo)準(zhǔn)打印輸出流
打印輸出流主要有兩種，printstream 和 printwriter，前者是字節(jié)流，后者是字符流。
這兩個(gè)流算是對(duì)各自類別下的流做了一個(gè)集成，內(nèi)部封裝有豐富的方法，但實(shí)現(xiàn)也稍顯復(fù)雜，我們先來(lái)看這個(gè) printstream 字節(jié)流：
主要的構(gòu)造器有這么幾個(gè)：
- public printstream(outputstream out)
- public printstream(outputstream out, boolean autoflush)
- public printstream(outputstream out, boolean autoflush, string encoding)
- public printstream(string filename)
顯然，簡(jiǎn)單的構(gòu)造器會(huì)依賴復(fù)雜的構(gòu)造器，這已經(jīng)算是 jdk 設(shè)計(jì)「老套路」了。區(qū)別于其他字節(jié)流的一點(diǎn)是，printstream 提供了一個(gè)標(biāo)志 autoflush，用于指定是否自動(dòng)刷新緩存。
接著就是 printstream 的寫(xiě)方法：
- public void write(int b)
- public void write(byte buf[], int off, int len)
除此之外，printstream 還封裝了大量的 print 的方法，寫(xiě)入不同類型的內(nèi)容到文件中，例如：
- public void print(boolean b)
- public void print(char c)
- public void print(int i)
- public void print(long l)
- public void print(float f)
- 等等
當(dāng)然，這些方法并不會(huì)真正的將數(shù)值的二進(jìn)制寫(xiě)入文件，而只是將它們所對(duì)應(yīng)的字符串寫(xiě)入文件，例如：
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print(123); |
最終寫(xiě)入文件的不是 123 所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制表述，而僅僅是 123 這個(gè)字符串，這就是打印流。
printstream 使用的緩沖字符流實(shí)現(xiàn)所有的打印操作，如果指明了自動(dòng)刷新，則遇到換行符號(hào)「\n」會(huì)自動(dòng)刷新緩沖區(qū)。
所以說(shuō)，printstream 集成了字節(jié)流和字符流中所有的輸出方法，其中 write 方法是用于字節(jié)流操作，print 方法用于字符流操作，這一點(diǎn)需要明確。
至于 printwriter，它就是全字符流，完全針對(duì)字符進(jìn)行操作，無(wú)論是 write 方法也好，print 方法也好，都是字符流操作。
總結(jié)一下，我們花了三篇文章講解了 java 中的字節(jié)流和字符流操作，字節(jié)流基于字節(jié)完成磁盤(pán)和內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸，最典型的就是文件字符流，它的實(shí)現(xiàn)都是本地方法。有了基本的字節(jié)傳輸能力后，我們還能夠通過(guò)緩沖來(lái)提高效率。
而字符流的最基本實(shí)現(xiàn)就是，inputstreamreader 和 outputstreamwriter，理論上它倆就已經(jīng)能夠完成基本的字符流操作了，但也僅僅局限于最基本的操作，而構(gòu)造它們的實(shí)例所必需的就是「一個(gè)字節(jié)流實(shí)例」+「一種編碼格式」。
所以，字符流和字節(jié)流的關(guān)系也就如上述的等式一樣，你寫(xiě)一個(gè)字符到磁盤(pán)文件中所必需的步驟就是，按照指定編碼格式編碼該字符，然后使用字節(jié)流將編碼后的字符二進(jìn)制寫(xiě)入文件中，讀操作是相反的。
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總結(jié)
以上就是這篇文章的全部?jī)?nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，如果有疑問(wèn)大家可以留言交流，謝謝大家對(duì)服務(wù)器之家的支持。
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