Java: I/O（1/3）字节流与字符流的纵向与横向比较

Summary 总述

java.io包中的类很是繁多，但其实只要归成4类：InputStream & OutputStream、Reader & Writer，因为功能和命名上都至关接近，所以只要掌握了其中一种，将会很容易理解其余3种。

横向归类：InputStream & OutputStream（字节流）、Reader & Writer（字符流）.
纵向归类：InputStream做为父类，其子类的角色和做用，并以此触类旁通。

字节流

字节（byte）是计算机中基本数据单位，一切的计算机数据（或“文件”）都是由或多或少的字节组成，所以使用字节流，理论上能够处理一切计算机数据（文件），包括图像、音频、文本等。

然而对于文本数据，因为存在编码问题比较麻烦，因此交由字符流处理。

字符流

1char=2byte，字符（char）的表示范围（2^16）是字节（byte）表示范围（2^8）的2^8=256倍。专门用于处理文本数据。

历史

字节流在Java的第一版（jdk 1.0）已经存在，字符流在jdk 1.1中加入，以替代字节流中处理字符的功能。

装饰者模式

私觉得，提到Java I/O的话，不能不提装饰者模式。

装饰者模式就是在一个主体（被装饰者）的外部使用装饰类来进行装饰，对主体的行为根据不一样的装饰者类进行不一样的修改。单个的装饰类自根据自身特色对主体的行为进行部分改进，所以能够组合多个装饰类来对主体进行修改（在代码中表现为多层装饰类的嵌套）。

Java的I/O类设计应用了装饰者模式。单个的流对象主体，例如InputStream的直接子类（Direct Subclasses）中，分别面向文件FileInputStream、内存ByteArrayInputStream、线程PipedInputStream，而InputStream的另外一个直接子类FileterInputStream为装饰类（的父类），分别定义了各类具体的装饰类（如BufferedInputStream、DataInputStream等）。

如图：

从代码的角度来看：DataInputStream、BufferedInputStream为装饰者，FileInputStream为主体（被装饰者）

InputStream in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(new File(src))));

装饰者模式从抽象的角度来讲很容易理解，然而也存在一个很明显的缺点：装饰类过多。所以咱们能看到java.io包中那么多的类。若是没有理解装饰者模式，即便有必定经验的Java developer也会感到混乱。

结论

• 处理非文本数据使用字节流；
• 处理具体的文本数据使用字符流；

例如对于文件复制这样的操做来讲，即便是文本文件的复制，咱们对其具体的内容是什么并不关心，所以能够直接使用字节流。但当咱们要从一个文本文件中读取内容，咱们关心其具体的内容，因此使用字符流。

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Description 详细内容

篇幅所限，只列出经常使用的类，其他部分可参考Java API手册。

继承关系图

字节流的继承关系

OutputStream

• OutputStream
  • ByteArrayOutputSteam：将数据输出到字节数组（byte array）中，也就是内存，不用生成文件；
  • FileOutputStream：将数据输出到具体的文件；
  • PipedOutputStream：将数据输出到线程，即经过与PipedInputStream联合使用，将数据在不一样的线程之间传递；
  • FilterOutputStream：装饰类的父类
    • BufferedOutputStream：使用了缓冲区，调用flush()才会清空缓冲区将数据写入文件。与普通OutputStream相比，因为不用频繁地与文件进行I/O数据传输（内存与磁盘之间，这将消耗大部分性能），而是在每次调用flush()时一次性地将一块数据在内存与磁盘中传输，所以会性能将获得提高（有NIO的影子）；
    • DataOutputStream：用于方便地传输基础类型的数据，所以除了传统的write()外，还有一堆writeInt()、writeDouble、writeBoolean()等；
    • PrintStream：InputStream原本是适合用于非文本的二进制文件（如图片、声音文件等），而PrintStream则是在字节流中专门用于打印文本内容；

InputStream

• InputStream
  • ByteArrayInputStream：从内存中读取数据；
  • FileInputStream：从文件中读取数据；
  • PipedInputStream：从一个线程中读取数据，从另外一个线程中输出(PipedOutputStream)，同一线程下使用者两个对象可能会形成线程死锁；
  • SequenceInputStream：将两个InputStream合并成一个；
  • FilterInputStream：装饰类的父类；
    • BufferedInputStream：使用了缓冲区，参考BufferedOutputStream；
    • DataInputStream：方便地读取基本类型的数据，所以除了基础的read()外，还有一堆readChar()、readDouble()、readInt()等；

字符流的继承关系

Writer

• BufferedWriter：缓冲区；
• CharArrayWriter：面向内存；
• PipedWriter：面向线程；
• PrintWriter：方便输出，特别是按格式输出printf()；
• StringWriter：使用StringBuilder来存放内容；
• OutputStreamWriter：用于字符流与字节流之间的转换；
  • FileWriter：面向文件
• FilterWriter：装饰类

Reader

• BufferedReader：缓冲区；
• CharArrayReader：面向内存；
• PipedReader：面向线程；
• InputStreamReader：用于字符流与字节流之间的转换；
  • FileReader：面向文件
• FilterReader

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Others 其余

本篇做为Java I/O系列之一，只分析了字节流和字符流。其余Java I/O内容如File、RandomAccessFile、System类的I/O支持和重定向、字符编码、文件压缩、对象序列化和Scanner等内容会在（2/3）中发表。

NIO部分打算在（3/3）中发表。