Система ввода/вывода

Класс File
Поток
Класс OutputStream
Исключения ввода/вывода

Java имеет в своём составе множество классов, связанных с вводом/выводом данных.

Поток

При работе с данными ввода/вывода вам будет часто попадаться термин Поток (Stream). Поток - это абстрактное представление устройства ввода или вывода данных, которые способны обрабатывать информацию. Вы в реальности не видите, как действительно идёт обработка данных в устройствах ввода/вывода, так как это сложно и вам это не нужно. Это как с телевизором - вы не знаете, как сигнал из кабеля превращается в картинку на экране, но вполне можете переключаться между каналами через пульт.

Можно записывать данные в поток и читать данные из потока. Визуально поток можно представить как последовательность байтов, которые перемещаются в программу или из неё.

Поток вывода - это данные, которые записываются в поток. Поток вывода может поступать в любое устройство, куда можно передать последовательность байтов - файл на жёстком диске, файл на удалённой системе, экран компьютера (символьные данные) или принтер.

Данные читаются из потока ввода - это может быть любая последовательность байтов - из файла, клавиатура и т.д.

Методы потокового ввода и вывода допускают запись и считывание за одну операцию небольшого объёма данных, одного байта или символа. Передача данных таким образом очень неэффективна, поэтому часто поток оснащается буфером. В этом случае мы получаем буферизованный поток. Буфер - просто участок памяти, который используется для объединения данных. Это обеспечивает передачу данных большими блоками.

Есть два типа потоков: байтовые и символьные. В некоторых ситуациях символьные потоки более эффективны, чем байтовые.

За ввод и вывод отвечают разные классы Java. Классы, производные от базовых классов InputStream или Reader, имеют методы с именами read() для чтения отдельных байтов или массива байтов (отвечают за ввод данных). Классы, производные от классов OutputStream или Write, имеют методы с именами write() для записи одиночных байтов или массива байтов (отвечают за вывод данных).

Подробнее о классе InputStream

Класс OutputStream

Класс OutputStream - это абстрактный класс, определяющий потоковый байтовый вывод.

В этой категории находятся классы, определяющие, куда направляются ваши данные: в массив байтов (но не напрямую в String; предполагается что вы сможете создать их из массива байтов), в файл или канал.

BufferedOutputStream

Буферизированный выходной поток

ByteArrayOutputStream

Создаёт буфер в памяти. Все данные, посылаемые в этот поток, размещаются в созданном буфере

DataOutputStream

Выходной поток, включающий методы для записи стандартных типов данных Java

FileOutputStream

Отправка данных в файл на диске. Реализация класса OutputStream

ObjectOutputStream

Выходной поток для объектов

PipedOutputStream

Реализует понятие выходного канала.

FilterOutputStream

Абстрактный класс, предоставляющий интерфейс для классов-надстроек, которые добавляют к существующим потокам полезные свойства.

Методы класса:

• int close() - закрывает выходной поток. Следующие попытки записи передадут исключение IOException
• void flush() - финализирует выходное состояние, очищая все буферы вывода
• abstract void write (int oneByte) - записывает единственный байт в выходной поток
• void write (byte[] buffer) - записывает полный массив байтов в выходной поток
• void write (byte[] buffer, int offset, int count) - записывает диапазон из count байт из массива, начиная с смещения offset

BufferedOutputStream

Класс BufferedOutputStream не сильно отличается от класса OutputStream, за исключением дополнительного метода flush(), используемого для обеспечения записи данных в буферизируемый поток. Буферы вывода нужно для повышения производительности.

ByteArrayOutputStream

Класс ByteArrayOutputStream использует байтовый массив в выходном потоке. Метод close() можно не вызывать.

DataOutputStream

Класс DataOutputStream позволяет писать элементарные данные в поток через интерфейс DataOutput, который определяет методы, преобразующие элементарные значения в форму последовательности байтов. Такие потоки облегчают сохранение в файле двоичных данных.

Класс DataOutputStream расширяет класс FilterOutputStream, который в свою очередь, расширяет класс OutputStream.

Методы интерфейса DataOutput:

• writeDouble(double value)
• writeBoolean(boolean value)
• writeInt(int value)

FileOutputStream

Класс FileOutputStream создаёт объект класса OutputStream, который можно использовать для записи байтов в файл. Создание нового объекта не зависит от того, существует ли заданный файл, так как он создаёт его перед открытием. В случае попытки открытия файла, доступного только для чтения, будет передано исключение.

Классы символьных потоков

Символьные потоки имеют два основных абстрактных класса Reader и Writer, управляющие потоками символов Unicode.

Reader

Методы класса Reader:

• abstract void close() - закрывает входной поток. Последующие попытки чтения передадут исключение IOException
• void mark(int readLimit) - помещает метку в текущую позицию во входном потоке
• boolean markSupported() - возвращает true, если поток поддерживает методы mark() и reset()
• int read() - возвращает целочисленное представление следующего доступного символа вызывающего входного потока. При достижении конца файла возвращает значение -1. Есть и другие перегруженные версии метода
• boolean ready() - возвращает значение true, если следующий запрос не будет ожидать.
• void reset() - сбрасывает указатель ввода в ранее установленную позицию метки
• logn skip(long charCount) - пропускает указанное число символов ввода, возвращая количество действительно пропущенных символов

BufferedReader

Буферизированный входной символьный поток

CharArrayReader

Входной поток, который читает из символьного массива

FileReader

Входной поток, читающий файл

FilterReader

Фильтрующий читатель

InputStreamReader

Входной поток, транслирующий байты в символы

LineNumberReader

Входной поток, подсчитывающий строки

PipedReader

Входной канал

PushbackReader

Входной поток, позволяющий возвращать символы обратно в поток

Reader

Абстрактный класс, описывающий символьный ввод

StringReader

Входной поток, читающий из строки

Класс BufferedReader

Класс BufferedReader увеличивает производительность за счёт буферизации ввода.

Класс CharArrayReader

Класс CharArrayReader использует символьный массив в качестве источника.

Класс FileReader

Класс FileReader, производный от класса Reader, можно использовать для чтения содержимого файла. В конструкторе класса нужно указать либо путь к файлу, либо объект типа File.

Writer

Класс Writer - абстрактный класс, определяющий символьный потоковый вывод. В случае ошибок все методы класса передают исключение IOException.

Методы класса:

• Writer append(char c) - добавляет символ в конец вызывающего выходного потока. Возвращает ссылку на вызывающий поток
• Writer append(CharSequence csq) - добавляет символы в конец вызывающего выходного потока. Возвращает ссылку на вызывающий поток
• Writer append(CharSequence csq, int start, int end) - добавляет диапазон символов в конец вызывающего выходного потока. Возвращает ссылку на вызывающий поток
• abstract void close() - закрывает вызывающий поток
• abstract void flush() - финализирует выходное состояние так, что все буферы очищаются
• void write(int oneChar) - записывает единственный символ в вызывающий выходной поток. Есть и другие перегруженные версии метода

BufferedWriter

Буферизированный выходной символьный поток

CharArrayWriter

Выходной поток, который пишет в символьный массив

FileWriter

Выходной поток, пишущий в файл

FilterWriter

Фильтрующий писатель

OutputStreamWriter

Выходной поток, транслирующий байты в символы

PipedWriter

Выходной канал

PrintWriter

Выходной поток, включающий методы print() и println()

StringWriter

Выходной поток, пишущий в строку

Writer

Абстрактный класс, описывающий символьный вывод

Класс BufferedWriter

Класс BufferedWriter - это класс, производный от класса Writer,который буферизует вывод. С его помощью можно повысить производительность за счёт снижения количества операций физической записи в выходное устройство.

Класс CharArrayWriter

Класс CharArrayWriter использует массив для выходного потока.

Класс FileWriter

Класс FileWriter создаёт объект класса, производного от класса Writer, который вы можете применять для записи файла. Есть конструкторы, которые позволяют добавить вывод в конец файла. Создание объекта не зависит от наличия файла, он будет создан в случае необходимости. Если файл существует и он доступен только для чтения, то передаётся исключение IOException.

Класс File

В отличие от большинства классов ввода/вывода, класс File работает не с потоками, а непосредственно с файлами. Данный класс позволяет получить информацию о файле: права доступа, время и дата создания, путь к каталогу. А также осуществлять навигацию по иерархиям подкаталогов.

Подробнее о классе java.io.File

Чтение и запись файлов

Существует множество классов и методов для чтения и записи файлов. Наиболее распространённые из них - классы FileInputStream и FileOutputStream, которые создают байтовые потоки, связанные с файлами. Чтобы открыть файл, нужно создать объект одного из этих файлов, указав имя файла в качестве аргумента конструктора.

FileInputStream(String filename) throws FileNotFoundException
FileOutputStream(String filename) throws FileNotFoundException

В filename нужно указать имя файла, который вы хотите открыть. Если при создании входного потока файл не существует, передаётся исключение FileNotFoundException. Аналогично для выходных потоков, если файл не может быть открыт или создан, также передаётся исключение. Сам класс исключения происходит от класса IOException. Когда выходной файл открыт, любой ранее существовавший файл с тем же именем уничтожается.

После завершения работы с файлом, его необходимо закрыть с помощью метода close() для освобождения системных ресурсов. Незакрытый файл приводит к утечке памяти.

В JDK 7 метод close() определяется интерфейсом AutoCloseable и можно явно не закрывать файл, а использовать новый оператор try-с-ресурсами, что для Android пока не слишком актуально.

Чтобы читать файл, нужно вызвать метод read(). Когда вызывается этот метод, он читает единственный байт из файла и возвращает его как целое число. Когда будет достигнут конец файла, то метод вернёт значение -1. Примеры использования методов есть в различных статьях на сайте.

Иногда используют вариант, когда метод close() помещается в блок finally. При таком подходе все методы, которые получают доступ к файлу, содержатся в пределах блока try, а блок finally используется для закрытия файла. Таким образом, независимо от того, как закончится блок try, файл будет закрыт.

Так как исключение FileNotFoundException является подклассом IOException, то не обязательно обрабатывать два исключения отдельно, а оставить только IOException, если вам не нужно отдельно обрабатывать разные причины неудачного открытия файла. Например, если пользователь вводит вручную имя файла, то более конкретное исключение будет к месту.

Для записи в файл используется метод write().

void write(int value) throws IOException

Метод пишет в файл байт, переданный параметром value. Хотя параметр объявлена как целочисленный, в файл записываются только младшие восемь бит. При ошибке записи передаётся исключение.

В JDK 7 есть способ автоматического управления ресурсами:

try (спецификация_ресурса) {
    // использование ресурса
}

Когда в Android будет полноценная поддержка JDK 7, то дополним материал.

Буферизированное чтение из файла - BufferedReader

Чтобы открыть файл для посимвольного чтения, используется класс FileInputReader; имя файла задаётся в виде строки (String) или объекта File. Ускорить процесс чтения помогает буферизация ввода, для этого полученная ссылка передаётся в конструктор класса BufferedReader. Так как в интерфейсе класса имеется метод readLine(), все необходимое для чтения имеется в вашем распоряжении. При достижении конца файла метод readLine() возвращает ссылку null.

Вывод в файл - FileWriter

Объект FileWriter записывает данные в файл. При вводе/выводе практически всегда применяется буферизация, поэтому используется BufferedWriter.

Когда данные входного потока исчерпываются, метод readLine() возвращает null. Для потока явно вызывается метод close(); если не вызвать его для всех выходных файловых потоков, в буферах могут остаться данные, и файл получится неполным.

Сохранение и восстановление данных - PrintWriter

PrintWriter форматирует данные так, чтобы их мог прочитать человек. Однако для вывода информации, предназначенной для другого потока, следует использовать классы DataOutputStream для записи данных и DataInputStream для чтения данных.

Единственным надежным способом записать в поток DataOutputStream строку так, чтобы ее можно было потом правильно считать потоком DataInputStream, является кодирование UTF-8, реализуемое методами readUTF() и writeUTF(). Эти методы позволяют смешивать строки и другие типы данных, записываемые потоком DataOutputStream, так как вы знаете, что строки будут правильно сохранены в Юникоде и их будет просто воспроизвести потоком DataInputStream.

Метод writeDouble() записывает число double в поток, а соответствующий ему метод readDouble() затем восстанавливает его (для других типов также существуют подобные методы).

RandomAccessFile - Чтение/запись файлов с произвольным доступом

Работа с классом RandomAccessFile напоминает использование совмещенных в одном классе потоков DataInputStream и DataOutputStream (они реализуют те же интерфейсы DataInput и DataOutput). Кроме того, метод seek() позволяет переместиться к определенной позиции и изменить хранящееся там значение.

При использовании RandomAccessFile необходимо знать структуру файла. Класс RandomAccessFile содержит методы для чтения и записи примитивов и строк UTF-8.

RandomAccessFile может открываться в режиме чтения ("r") или чтения/записи ("rw"). Также есть режим "rws", когда файл открывается для операций чтения-записи и каждое изменение данных файла немедленно записывается на физическое устройство.

Исключения ввода/вывода

В большинстве случаев у классов ввода/вывода используется исключение IOException. Второе исключение FileNotFoundException передаётся в тех случаях, когад файл не может быть открыт. Данное исключение происходит от IOException, поэтому оба исключения можно обрабатывать в одном блоке catch, если у вас нет нужды обрабатывать их по отдельности.

Дополнительное чтение

Используем AsyncTask для загрузки текстового файла из сети - используются BufferedReader, InputStreamReader, InputStream.

Реклама