13.2 二进制文件和字节流

        本节介绍在Java中如何以二进制字节的方式来处理文件，前面我们 提到Java中有流的概念，以二进制方式读写的主要流有：

        ·InputStream/OutputStream：这是基类，它们是抽象类。

        ·FileInputStream/FileOutputStream：输入源和输出目标是文件的流。

        ·ByteArrayInputStream/ByteArrayOutputStream：输入源和输出目标 是字节数组的流。

        ·DataInputStream/DataOutputStream：装饰类，按基本类型和字符串 而非只是字节读写流。

        ·BufferedInputStream/BufferedOutputStream：装饰类，对输入输出流提供缓冲功能。

        下面，我们就来介绍这些类的功能、用法、原理和使用场景，最后 总结一些简单的实用方法。

13.2.1 InputStream/OutputStream

        我们分别看下InputStream和OutputStream。

1.InputStream

        （1）InputStream的基本方法

        InputStream是抽象类，主要方法是：

        read方法从流中读取下一个字节，返回类型为int，但取值为0～255，当读到流结尾的时候，返回值为-1，如果流中没有数据，read方法 会阻塞直到数据到来、流关闭或异常出现。异常出现时，read方法抛出 异常，类型为IOException，这是一个受检异常，调用者必须进行处理。 read是一个抽象方法，具体子类必须实现，FileInputStream会调用本地 方法。所谓本地方法，一般不是用Java写的，大多使用C语言实现，具 体实现往往与虚拟机和操作系统有关。

        InputStream还有如下方法，可以一次读取多个字节：

        读入的字节放入参数数组b中，第一个字节存入b[0]，第二个存入 b[1]，以此类推，一次最多读入的字节个数为数组b的长度，但实际读入 的个数可能小于数组长度，返回值为实际读入的字节个数。如果刚开始 读取时已到流结尾，则返回-1；否则，只要数组长度大于0，该方法都 会尽力至少读取一个字节，如果流中一个字节都没有，它会阻塞，异常 出现时也是抛出IOException。该方法不是抽象方法，InputStream有一个 默认实现，主要就是循环调用读一个字节的read方法，但子类如 FileInputStream往往会提供更为高效的实现。

        批量读取还有一个更为通用的重载方法：

        读入的第一个字节放入b[off]，最多读取len个字节，read（byte b[]）就是调用了该方法：

        流读取结束后，应该关闭，以释放相关资源，关闭方法为：

        不管read方法是否抛出了异常，都应该调用close方法，所以close方 法通常应该放在finally语句内。close方法自己可能也会抛出 IOException，但通常可以捕获并忽略。

        （2）InputStream的高级方法

        InputStream还定义了如下方法：

        skip跳过输入流中n个字节，因为输入流中剩余的字节个数可能不到 n，所以返回值为实际略过的字节个数。InputStream的默认实现就是尽 力读取n个字节并扔掉，子类往往会提供更为高效的实现， FileInputStream会调用本地方法。在处理数据时，对于不感兴趣的部 分，skip往往比读取然后扔掉的效率要高。

        available返回下一次不需要阻塞就能读取到的大概字节个数。 InputStream的默认实现是返回0，子类会根据具体情况返回适当的值， FileInputStream会调用本地方法。在文件读写中，这个方法一般没什么 用，但在从网络读取数据时，可以根据该方法的返回值在网络有足够数 据时才读，以避免阻塞。

        一般的流读取都是一次性的，且只能往前读，不能往后读，但有时 可能希望能够先看一下后面的内容，根据情况再重新读取。比如，处理 一个未知的二进制文件，我们不确定它的类型，但可能可以通过流的前 几十个字节判断出来，判读出来后，再重置到流开头，交给相应类型的 代码进行处理。

        InputStream定义了三个方法：mark、reset、markSupported，用于支 持从读过的流中重复读取。怎么重复读取呢？先使用mark（）方法将当 前位置标记下来，在读取了一些字节，希望重新从标记位置读时，调用 reset方法。能够重复读取不代表能够回到任意的标记位置，mark方法有 一个参数readLimit，表示在设置了标记后，能够继续往后读的最多字节 数，如果超过了，标记会无效。为什么会这样呢？因为之所以能够重读，是因为流能够将从标记位置开始的字节保存起来，而保存消耗的内 存不能无限大，流只保证不会小于readLimit。

        不是所有流都支持mark、reset方法，是否支持可以通过markSupported的返回值进行判断。InpuStream的默认实现是不支持， FileInputStream也不直接支持，但BufferedInput-Stream和 ByteArrayInputStream可以支持。

2.OutputStream

        OutputStream的基本方法是：

        向流中写入一个字节，参数类型虽然是int，但其实只会用到最低的 8位。这个方法是抽象方法，具体子类必须实现，FileInputStream会调用 本地方法。

        OutputStream还有两个批量写入的方法：

        在第二个方法中，第一个写入的字节是b[off]，写入个数为len，最 后一个是b[off+len-1]，第一个方法等同于调用write（b，0， b.length）；。OutputStream的默认实现是循环调用单字节的write（）方 法，子类往往有更为高效的实现，FileOutpuStream会调用对应的批量写 本地方法。

        OutputStream还有两个方法：

        flush方法将缓冲而未实际写的数据进行实际写入，比如，在 BufferedOutputStream中，调用flush方法会将其缓冲区的内容写到其装饰 的流中，并调用该流的flush方法。基类OutputStream没有缓冲，flush方 法代码为空。

        需要说明的是文件输出流FileOutputStream，你可能会认为，调用flush方法会强制确保数据保存到硬盘上，但实际上不是这样， FileOutputStream没有缓冲，没有重写flush方法，调用flush方法没有任何效果，数据只是传递给了操作系统，但操作系统什么时候保存到硬盘上，这是不一定的。要确保数据保存到了硬盘上，可以调用 FileOutputStream中的特有方法，具体待会介绍。

        close方法一般会首先调用flush方法，然后再释放流占用的系统资 源。同InputStream一样，close方法一般应该放在finally语句内。

13.2.2 FileInputStream/FileOutputStream

        FileInputStream和FileOutputStream的输入源和输出目标是文件，我们分别介绍。

1.FileOutputStream

        FileOutputStream有多个构造方法，其中两个如下所示：

        File类型的参数file和字符串的类型的参数name都表示文件路径，路 径可以是绝对路径，也可以是相对路径，如果文件已存在，append参数 指定是追加还是覆盖，true表示追加，false表示覆盖，第二个构造方法 没有append参数，表示覆盖。new一个FileOutputStream对象会实际打开 文件，操作系统会分配相关资源。如果当前用户没有写权限，会抛出异 常SecurityException，它是一种RuntimeException。如果指定的文件是一 个已存在的目录，或者由于其他原因不能打开文件，会抛出异常 FileNotFoundException，它是IOException的一个子类。

        我们看一段简单的代码，将字符串"hello，123，老马"写到文件 hello.txt中：

        OutputStream只能以byte或byte数组写文件，为了写字符串，我们调 用String的get-Bytes方法得到它的UTF-8编码的字节数组，再调用 write（）方法，写的过程放在try语句内，在finally语句中调用close方法。

        FileOutputStream还有两个额外的方法：

        FileChannel定义在java.nio中，表示文件通道概念。我们不会深入介绍通道，但内存映射文件方法定义在FileChannel中，我们会在下章介 绍。FileDescriptor表示文件描述符，它与操作系统的一些文件内存结构相连，在大部分情况下，我们不会用到它，不过它有一个方法sync：

        这是一个本地方法，它会确保将操作系统缓冲的数据写到硬盘上。 注意与Output-Stream的flush方法相区别，flush方法只能将应用程序缓冲 的数据写到操作系统，sync方法则确保数据写到硬盘，不过一般情况 下，我们并不需要手工调用它，只要操作系统和硬件设备没问题，数据迟早会写入。在一定特定情况下，一定需要确保数据写入硬盘，则可以调用该方法。

2.FileInputStream

        FileInputStream的主要构造方法有：

        参数与FileOutputStream类似，可以是文件路径或File对象，但必须是一个已存在的文件，不能是目录。new一个FileInputStream对象也会实 际打开文件，操作系统会分配相关资源，如果文件不存在，会抛出异常 FileNotFoundException，如果当前用户没有读的权限，会抛出异常 SecurityException。我们看一段简单的代码，将上面写入的文 件"hello.txt"读到内存并输出：

        读入到的是byte数组，我们使用String的带编码参数的构造方法将其 转换为了String。这段代码假定一次read调用就读到了所有内容，且假定 字节长度不超过1024。为了确保读到所有内容，可以逐个字节读取直到文件结束：

        在没有缓冲的情况下逐个字节读取性能很低，可以使用批量读入且 确保读到结尾，如下所示：

        不过，这还是假定文件内容长度不超过一个固定的大小1024。如果 不确定文件内容的长度，但不希望一次性分配过大的byte数组，又希望 将文件内容全部读入，怎么做呢？可以借助ByteArrayOutputStream，我 们下面进行介绍。

13.2.3 ByteArrayInputStream/ByteArrayOutputStream

        它们的输入源和输出目标是字节数组，我们分别介绍。

1.ByteArrayOutputStream

        ByteArrayOutputStream的输出目标是一个byte数组，这个数组的长度是根据数据内容动态扩展的，它有两个构造方法：

        第二个构造方法中的size指定的就是初始的数组大小，如果没有指 定，则长度为32。在调用write方法的过程中，如果数组大小不够，会进 行扩展，扩展策略同样是指数扩展，每次至少增加一倍。

        ByteArrayOutputStream有如下方法，可以方便地将数据转换为字节数组或字符串：

        toString（）方法使用系统默认编码。

        ByteArrayOutputStream中的数据也可以方便地写到另一个 OutputStream：

        ByteArrayOutputStream还有如下额外方法：

        size方法返回当前写入的字节个数。reset方法重置字节个数为0，reset后，可以重用已分配的数组。

        使用ByteArrayOutputStream，我们可以改进前面的读文件代码，确保将所有文件内容读入：

        读入的数据先写入ByteArrayOutputStream中，读完后，再调用其 toString方法获取完整数据。

2.ByteArrayInputStream

        ByteArrayInputStream将byte数组包装为一个输入流，是一种适配器模式，它的构造方法有：

        第二个构造方法以buf中offset开始的length个字节为背后的数据。 ByteArrayInput-Stream的所有数据都在内存，支持mark/reset重复读取。

        为什么要将byte数组转换为InputStream呢？这与容器类中要将数 组、单个元素转换为容器接口的原因是类似的，有很多代码是以 InputStream/OutputSteam为参数构建的，它们构成了一个协作体系，将 byte数组转换为InputStream可以方便地参与这种体系，复用代码。

13.2.4 DataInputStream/DataOutputStream

        上面介绍的类都只能以字节为单位读写，如何以其他类型读写呢？ 比如int、double。可以使用DataInputStream/DataOutputStream，它们都是装饰类。

1.DataOutputStream

        DataOutputStream是装饰类基类FilterOutputStream的子类， FilterOutputStream是Output-Stream的子类，它的构造方法是：

        它接受一个已有的OutputStream，基本上将所有操作都代理给了 它。DataOutputStream实现了DataOutput接口，可以以各种基本类型和字 符串写入数据，部分方法如下：

        在写入时，DataOutputStream会将这些类型的数据转换为其对应的二进制字节，比如：

        1）writeBoolean：写入一个字节，如果值为true，则写入1，否则 0。

        2）writeInt：写入4个字节，最高位字节先写入，最低位最后写入。

        3）writeUTF：将字符串的UTF-8编码字节写入，这个编码格式与标准的UTF-8编码略有不同，不过，我们不用关心这个细节。

        与FilterOutputStream一样，DataOutputStream的构造方法也是接受一个已有的Output-Stream：

        我们来看一个例子，保存一个学生列表到文件中，学生类的定义 为：

        学生列表内容为：

        将该列表内容写到文件students.dat中的代码可以为：

        我们先写了列表的长度，然后针对每个学生、每个字段，根据其类 型调用了相应的write方法。

2.DataInputStream

        DataInputStream是装饰类基类FilterInputStream的子类， FilterInputStream是Input-Stream的子类。DataInputStream实现了 DataInput接口，可以以各种基本类型和字符串读取数据，部分方法有：

        在读取时，DataInputStream会先按字节读进来，然后转换为对应的类型。

        DataInputStream的构造方法接受一个InputStream：

        还是以上面的学生列表为例，我们来看怎么从文件中读进来：

        读基本是写的逆过程，代码比较简单，就不赘述了。使用 DataInputStream/DataOutput-Stream读写对象，非常灵活，但比较麻烦， 所以Java提供了序列化机制，我们在下章介绍。

13.2.5 BufferedInputStream/BufferedOutputStream

        FileInputStream/FileOutputStream是没有缓冲的，按单个字节读写时 性能比较低，虽然可以按字节数组读取以提高性能，但有时必须要按字节读写，怎么解决这个问题呢？方法是将文件流包装到缓冲流中。 BufferedInputStream内部有个字节数组作为缓冲区，读取时，先从这个 缓冲区读，缓冲区读完了再调用包装的流读，它的构造方法有两个：

        size表示缓冲区大小，如果没有，默认值为8192。除了提高性能，BufferedInputStream也支持mark/reset，可以重复读取。与 BufferedInputStream类似，BufferedOutputStream的构造方法也有两个， 默认的缓冲区大小也是8192，它的flush方法会将缓冲区的内容写到包装的流中。

        在使用FileInputStream/FileOutputStream时，应该几乎总是在它的外面包上对应的缓冲类，如下所示：

        再比如：

13.2.6 实用方法

        可以看出，即使只是按二进制字节读写流，Java也包括了很多的 类，虽然很灵活，但对于一些简单的需求，却需要写很多代码。实际开 发中，经常需要将一些常用功能进行封装，提供更为简单的接口。下面 我们提供一些实用方法，以供参考，这些代码都比较简单易懂，我们就 不解释了。

        复制输入流的内容到输出流，代码为：

        实际上，在Java 9中，InputStream类增加了一个方法transferTo，可 以实现相同功能，实现是类似的，具体代码为：

        将文件读入字节数组，这个方法调用了上面的复制方法，具体代码为：

        将字节数组写到文件，代码为：

        Apache有一个类库Commons IO，里面提供了很多简单易用的方 法，实际开发中，可以考虑使用。

13.2.7 小结

        本节介绍了如何在Java中以二进制字节的方式读写文件，介绍了主要的流。

        1）InputStream/OutputStream：是抽象基类，有很多面向流的代 码，以它们为参数，比如本节介绍的copy方法。

        2）FileInputStream/FileOutputStream：流的源和目的地是文件。

        3）ByteArrayInputStream/ByteArrayOutputStream：源和目的地是字 节数组，作为输入相当于适配器，作为输出封装了动态数组，便于使用。

        4）DataInputStream/DataOutputStream：装饰类，按基本类型和字符 串读写流。

        5）BufferedInputStream/BufferedOutputStream：装饰类，提供缓 冲，FileInputStream/FileOutputStream一般总是应该用该类装饰。

        最后，我们提供了一些实用方法，以方便常见的操作，在实际开发 中，可以考虑使用专门的类库，如Apache Commons IO（http://commons.apache.org/proper/commons-io/ ）。本节完整的代码 在github上，地址为https://github.com/swiftma/program-logic ，位于包 shuo.laoma.file.c57下。

参考目录

绝大多数内容来自于：Java编程的逻辑 作者: 马俊昌（13.2 二进制文件和字节流）

Java官方文档
https://docs.oracle.com/javase/specs/index.html

最后

以上就是爱笑星月为你收集整理的Java 文件基本技术 二进制文件和字节流13.2 二进制文件和字节流的全部内容，希望文章能够帮你解决Java 文件基本技术 二进制文件和字节流13.2 二进制文件和字节流所遇到的程序开发问题。

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