java进阶知识--缓冲流、转换流、序列化流、打印流

上篇介绍了IO基础概念，IO流的基类、文件流等。此篇将介绍一些更强大的流，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。

一、缓冲流

　1.1 概述

　　　　缓冲流，也叫高效流。它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。

　　　　按数据类型分类：

    • 字节缓冲流：BufferedInputStream，BufferedOutputStream

    • 字符缓冲流：BufferedReader，BufferedWriter

　1.2 字节缓冲流

　　　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。

 　1.3 字符缓冲流

　　　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。

　　　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(): 读取一个文本行。 

public class BufferedReaderDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
      	 // 创建流对象
        BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("in.txt"));
		// 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.print(line);
            System.out.println("------");
        }
		// 释放资源
        br.close();
    }
}

    • BufferedWriter：public void newLine(): 写入一个行分隔符。行分隔符字符串由系统属性 line.separator 定义，并且不一定是单个新行 (' ') 符。

public class BufferedWriterDemo throws IOException {
    public static void main(String[] args) throws IOException  {
      	// 创建流对象
		BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("out.txt"));
      	// 写出数据
        bw.write("你好啊");
      	// 写出换行
        bw.newLine();
        bw.write("老铁");
        bw.newLine();
		// 释放资源
        bw.close();
    }
}

二、转换流

　2.1 字符编码和字符集

　　　2.1.1 字符编码 Character Encoding

　　　　概述：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：按照某种规则，将字符转换成二进制数存储到计算机中。字符到字节的过程。
    •  解码：将存储在计算机中的二进制数按照某种规则显示出来。字节到字符的过程。

　　　2.1.2 字符集 Charset

　　　　概述：字符集也叫编码表，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。

　编码表：生活中文字和计算机中二进制的对应规则。

　　　　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。

　　　　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。

　2.2 InputStreamReader类

　　　2.2.1 概述

　　　　转换流java.io.InputStreamReader，是Reader的子类，是FileReader的父类，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。

　　　2.2.2 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。

　2.3 OutputStreamWriter类

　　　2.3.1 概述

　　　　转换流java.io.OutputStreamWriter ，是Writer的子类，是FileWriter的父类，是从字符流到字节流的桥梁。使用指定的字符集将其编码为字节。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。

　　　2.3.2 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。

三、序列化流

　3.1 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。

　　　　序列化：把对象转换为字节序列，写入到文件中的过程称为对象的序列化，也叫写对象。也就是将对象写入到IO流中，是一种用来处理对象流的机制。（所谓对象流也就是将对象的内容进行流化。）

　　　　序列化的作用：是为了解决在对对象流进行读写操作时所引发的问题。序列化机制允许将实现序列化的Java对象转换为字节序列，这些字节序列可以保存在磁盘上，或通过网络传输，以达到以后恢复成原来的对象。序列化机制使得对象可以脱离程序的运行而独立存在。

　　　　实现序列化的步骤：

　　　　　　1. 相关对象实现Serializable接口；

　　　　　　2. 创建一个ObjectOutputStream输出流；

　　　　　　3. 调用ObjectOutputStream对象的writeObject(Object obj)方法输出可序列化对象。

实现对象序列化需要满足的条件以及注意点：

  • 要对一个对象序列化，这个对象就需要实现Serializable接口，如果这个对象中有一个变量是另一个对象的引用，则引用的对象也要实现Serializable接口，这个过程是递归的。Serializable接口中没有定义任何方法，只是作为一个标记来指示实现该接口的类可以进行序列化。

  • 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 。

  • 序列化只能保存对象的非静态成员变量，而不能保存任何成员方法和静态成员变量，并且保存的只是变量的值，变量的修饰符对序列化没有影响。

  • 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，或者因为其数据的特性决定了它会经常变化而不具有可持久性，则该属性必须注明是瞬态的，使用transient 关键字修饰，否则编译器将报错。任何用 transient 关键字标明的成员变量，都不会被保存。

  • 序列化可能涉及将对象存放到磁盘上或在网络上发送数据，这时会产生安全问题。对于一些需要保密的数据（如用户密码等），不应保存在永久介质中，为了保证安全，应在这些变量前也加上 transient 关键字。

　　　　反序列化：将序列化过程中所生成的字节序列，读取出来转换成对象的过程成为对象的反序列化，也叫读对象。

　　　　实现反序列化的步骤：

　　　　　　1. 创建一个ObjectInputStream输入流；

　　　　　　2. 调用ObjectInputStream对象的readObject()方法得到序列化对象。

　注意：反序列化的对象是由 JVM 自己生成的，不通过构造方法生成。

　3.2 ObjectOutputStream类

　　　　java.io.ObjectOutputStream 序列化流，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。

　　　构造方法

    • public ObjectOutputStream(OutputStream out)： 创建一个指定输出流的序列化流。

　　　写出对象方法

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

　3.3 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。

　　　构造方法

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

　　　读取对象方法

    • public final Object readObject() : 读取一个对象。

　注意：1. 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。

　　　　2. 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（序列化冲突异常）。

　　　　　　发生InvalidClassException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

　　　　　　如何解决InvalidClassException异常，来保证对象前后的兼容性？

　　　　　　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。

　3.4 序列化版本号serialVersionUID

　　　　java序列化提供了一个private static final long serialVersionUID 的序列化版本号，只有版本号相同，即使更改了序列化属性，对象也可以正确被反序列化回来。

　注意：序列化版本号可自由指定。

　　　　如果不指定

　　　　　　① JVM会根据类信息自己计算一个版本号，这样随着class的升级，就无法正确反序列化；

　　　　　　② 不利于jvm间的移植，可能class文件没有更改，但不同jvm可能计算的规则不一样，这样也会导致无法反序列化。

　　　　什么情况下需要修改serialVersionUID呢？

    • 如果只是修改了方法，反序列化不受影响，则无需修改版本号；
    • 如果只是修改了静态变量，瞬态变量（transient修饰的变量），反序列化不受影响，无需修改版本号；
    • 如果修改了非瞬态变量，或者如果新类中实例变量的类型与序列化时类的类型不一致，则会反序列化失败，这时候需要更改serialVersionUID。如果只是新增了实例变量，则反序列化回来新增的是默认值；如果减少了实例变量，反序列化时会忽略掉减少的实例变量。

　　　　序列化应用场景与注意点

    • 所有需要网络传输的对象都需要实现序列化接口，通过建议所有的javaBean都实现Serializable接口。
    • 对象的类名、实例变量（包括基本类型，数组，对其他对象的引用）都会被序列化；方法、类变量、transient实例变量都不会被序列化。
    • 如果想让某个变量不被序列化，使用transient修饰。
    • 序列化对象的引用类型成员变量，也必须是可序列化的，否则，会报错。
    • 反序列化时必须有序列化对象的class文件。
    • 当通过文件、网络来读取序列化后的对象时，必须按照实际写入的顺序读取。
    • 单例类序列化，需要重写readResolve()方法；否则会破坏单例原则。
    • 同一对象序列化多次，只有第一次序列化为二进制流，以后都只是保存序列化编号，不会重复序列化。
    • 建议所有可序列化的类加上serialVersionUID 版本号，方便项目升级。

小贴士：序列化流和反序列化流不同于字节流、字符流等，后者是把字符串写入/读取文件，前者可以将对象写入/读取文本文件中。

四、打印流（了解）

　4.1 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。

　4.2 PrintStream类

　　　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。

　　　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，我们就可以改变它的流向。

　　　　　方法：setOut(PrintStream out);　　//改变输出的目的地

　　　　　比如，将设置系统的打印流流向，内容打印到文本文件中：

public class PrintDemo {
    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("ps.txt");
      	
      	// 设置系统的打印流流向,输出到ps.txt
        System.setOut(ps);
      	// 调用系统的打印流,ps.txt中输出97
        System.out.println(97);
    }
}

　　

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