IO和涉及的设计模式

电话面试

使用准则

决定使用哪个类以及它的构造进程的一般准则如下（不考虑特殊需要）：

第一，考虑最原始的数据格式是什么：是否为文本？
第二，是输入还是输出?
如果是字符文件，用FileReader FileWriter
然后再封一层
BufferedReader in = new BufferedReader(new FileReader(fileName));
new BufferedWriter(new FileWriter(fileName))
如果是字节流
BufferedInputStream remoteBIS = new BufferedInputStream(new FileInputStream(fileName));
BufferedOutputStream out = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(fileName));
out.write(content);
如果需要转换
OutputStreamWriter out = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(fileName),”utf-8″);
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(fileName), “utf-8″));
第三，是否需要转换流：InputStreamReader, OutputStreamWriter?
第四，数据来源（去向）是什么：文件？内存？网络？
第五，是否要缓冲：bufferedReader （特别注明：一定要注意的是readLine()是否有定义，有什么比read, write更特殊的输入或输出方法）
第六，是否要格式化输出：print?

设计模式

装饰模式

 BufferedOutputStream out = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(fileName)); 
BufferedOutputStream.java
    public synchronized void write(byte b[], int off, int len) throws IOException {
        if (len >= buf.length) {
            /* If the request length exceeds the size of the output buffer,
               flush the output buffer and then write the data directly.
               In this way buffered streams will cascade harmlessly. */
            flushBuffer();
            out.write(b, off, len);//调用FileOutputStream.write方法
            return;
        }
        if (len > buf.length - count) {
            flushBuffer();
        }
        System.arraycopy(b, off, buf, count, len);
        count += len;
    }
FileOutputStream.java    
        public void write(byte b[], int off, int len) throws IOException {
        writeBytes(b, off, len, append);
    }

适配器模式

从表层来看，InputStreamReader和OutputStreamWriter做了InputStream/OutputStream字节流类到Reader/Writer之间的转换。而从如上Sun JDK中的实现类关系结构中可以看出，是StreamDecoder和StreamEncoder的设计实现在实际上采用了适配器模式。

 private final StreamEncoder se;
 public OutputStreamWriter(OutputStream out, String charsetName)
        throws UnsupportedEncodingException
    {
        super(out);
        if (charsetName == null)
            throw new NullPointerException("charsetName");
        se = StreamEncoder.forOutputStreamWriter(out, this, charsetName);
    }    

总结

首先是java的IO。这破东西可真费事，I/O类库常使用”流(stream)”这种抽象。所谓”流”是一种能生成或接受数据的，代表数据的源和目标的对象。流把I/O设备内部的具体操作给隐藏起来了。 正如JDK文档所显示的，Java的I/O类库分成输入和输出两大部分。所有InputStream和Reader的派生类都有一个基本的，继承下来的，能读取单个或byte数组的read( )方法。同理，所有OutputStream和Writer的派生类都有一个基本的，能写入单个或byte数组的write( )方法。但通常情况下，你是不会去用这些方法的；它们是给其它类用的 —— 而后者会提供一些更实用的接口。因此，你很少会碰到只用一个类就能创建一个流的情形，实际上你得把多个对象叠起来，并以此来获取所需的功能。Java的流类库之所以会那么让人犯晕，最主要的原因就是”你必须为创建一个流而动用多个对象”

InputStream类型。结构

根接口是InputStream/OutputStream，
充当数据源的IO类有FileInputStream/FileOutputStream，ByteArrayInputStream / ByteArrayOutputStream 等
充当装饰功能的IO类有BufferedInputStream / BufferedOutputStream，DataInputStream / DataOutputStream等， 它们都是继承装饰接口FilterInputStream/FilterOutputStream。
使用IO时，首先创建一个数据源IO，然后根据需要的功能创建装饰类IO，其构造函数的参数为已创建的数据源IO。

我们以创建一个具有缓冲的文件输入流为例，假定需要从磁盘读取文件“C:\log.txt”：

      // 创建一个FileInputStream:  
      FileInputStream fileInput = new FileInputStream(”C:\\log.txt”);  
      // 创建一个BufferedInputStream:  
      BufferedInputStream bufferedInput = new BufferedInputStream(fileInput);  
     // 现在得到的bufferedInput即是具有缓冲的文件输入流  
　　或者进一步简写如下：  
     InputStream input = new BufferedInputStream(new FileInputStream(”C:\\log.txt”));  
     // 现在得到的input即是具有缓冲的文件输入流  

java.io.Reader 和 java.io.InputStream 区别

java.io.Reader 和 java.io.InputStream 组成了 Java 输入类。Reader 用于读入16位字符，也就是 Unicode 编码的字符；而 InputStream 用于读入 ASCII 字符和二进制数据。

Reader类型

在 Java 中，有不同类型的 Reader 输入流对应于不同的数据源：
FileReader 用于从文件输入；
CharArrayReader 用于从程序中的字符数组输入；
StringReader 用于从程序中的字符串输入；
PipedReader 用于读取从另一个线程中的 PipedWriter 写入管道的数据。
相应的也有不同类型的 InputStream 输入流对应于不同的数据源：FileInputStream，ByteArrayInputStream，StringBufferInputStream，PipedInputStream。另外，还有两种没有对应 Reader 类型的 InputStream 输入流：
Socket 用于套接字；
URLConnection 用于 URL 连接。
这两个类使用 getInputStream() 来读取数据。
相应的，java.io.Writer 和 java.io.OutputStream 也有类似的区别。

基本字节流类

FileInputStream和FileOutputStream

这两个节点流用来操纵磁盘文件。这些类的构造函数允许你指定它们所连接的文件。
要构造一个FileInputStream，所关联的文件必须存在而且是可读的。
如果你要构造一个FileOutputStream而输出文件已经存在，则它将被覆盖。
FileInputStream infile = new FileInputStream(”myfile.dat”);
FileOutputStream outfile = new FileOutputStream(”results.dat”);

BufferInputStream和BufferOutputStream

这些是过滤器流，它们可以提高I/O操作的效率。

PipedInputStream和PipedOutputStream

管道流用来在线程间进行通信。一个线程的PipedInputStream对象从另一个线程的PipedOutputStream对象读取输入。
要使管道流有用，必须有一个输入方和一个输出方。

DataInputStream和DataOutputStream

这些过滤器通过流来读写Java基本类

基本字符流类

图阐述了Reader和Writer字符流的体系结构。

InputStreamReader 和 OutputStreamWriter

用于字节流与字符流之间的转换接口。
当你构造一个InputStreamReader或OutputStreamWriter时，转换规则定义了16位Unicode和其它平台的特定表示之间的转换。
InputStreamReader从一个数据源读取字节，并自动将其转换成Unicode字符。
如果你特别声明，InputStreamReade会将字节流转换成其它种类的字符流。
OutputStreamWriter将字符的Unicode编码写到输出流，如果你的使用的不是Unicode字符，OutputStreamWriter会将你的字符编码转换成Unicode编码。

缓冲读者和作者

因为在各种格式之间进行转换和其它I/O操作很类似，所以在处理大块数据时效率最高。
在InputStreamReader和OutputStreamWriter的结尾链接一个BufferedReader和BufferedWriter是一个好主意。
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(fileName), "utf-8"));
记住对BufferedWriter使用flush()方法。
5.3、 使用其它字符转换
如果你需要从一个非本地(例如，从连接到一个不同类型的机器的网络连接读取)的字符编码读取输入，
你可以象下面这个程序那样，使用显式的字符编码构造ir=new InputStreamReader(System.in, “8859_1″);
注：如果你通过网络连接读取字符，就应该使用这种形式。
否则，你的程序会总是试图将所读取的字符当作本地表示来进行转换，而这并不总是正确的。ISO 8859-1是映射到ASCII的Latin-1编码模式。

对象串行化

java.io.Serializable接口支持将一个Java技术对象存放到一个流中。
将一个对象存放到某种类型的永久存储器上称为”保持”。
如果一个对象可以被存放到磁盘或磁带上，或者可以发送到另外一台机器并存放到存储器或磁盘上，那么这个对象就被称为可保持的。
java.io.Serializable接口没有任何方法，它只作为一个”标记”，用来表明实现了这个接口的类可以串行化。
类中没有实现Serializable接口的对象不能被保持。
// 文件实现追加：
// 其中的FileWriter()中的第二个参数的含义是:是否在文件中追加内容
PrintWriter out = new PrintWriter(new FileWriter(logFileName, true), true);
Java读写文件最常用的类是FileInputStream/FileOutputStream和FileReader/FileWriter。
其中FileInputStream和FileOutputStream是基于字节流的，常用于读写二进制文件。
读写字符文件建议使用基于字符的FileReader和FileWriter，省去了字节与字符之间的转换。
但这两个类的构造函数默认使用系统的编码方式，如果文件内容与系统编码方式不一致，可能会出现乱码。
在这种情况下，建议使用FileReader和FileWriter的父类：
InputStreamReader/OutputStreamWriter，
它们也是基于字符的，但在构造函数中可以指定编码类型：
InputStreamReader(InputStream in, Charset cs) 和OutputStreamWriter(OutputStream out, Charset cs)。

// 读写文件的编码：  
InputStreamReader r = new InputStreamReader(new FileInputStream(fileName), “utf-8″);  
OutputStreamWriter out = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(fileName),”utf-8″);  

代码

/** 
三种IO性能比较: 
在读写一个10k文件的时候，三种方式的耗时如下: 
InputStreamReader And OutputStreamWriter : 63ms (可以设置文件的编码，如果不用buffer) 
BufferedReader And BufferedWriter : 31ms  
BufferedInputStream And BufferedOutputStream : 16ms 
*/  
/** 
* Description: Test the java IO’s efficiency 
* Author: AllanCao 
* Date: 2007-02-18 
*/  
import java.io.*;  
/** 
* using the InputStreamReader And OutputStreamWriter 
*/  
class EncoderRW {  
 public static String read(String fileName) throws IOException {  
  StringBuffer sb = new StringBuffer();  
  /*此处读文件时用了buffer，如果不用，性能损失一倍*/  
  BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(fileName), "utf-8"));  
  String s;  
  while((s = in.readLine()) != null) {  
    sb.append(s);  
    sb.append("\n");  
  }  
  in.close();  
  return sb.toString();  
 }  
 public void write(String fileName, String text) throws IOException {  
  OutputStreamWriter out = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(fileName),"utf-8");
//  BufferedWriter w = new BufferedWriter(out);
  out.write(text);  
  out.flush();  
  out.close();  
 }  
}  
/** 
* using the BufferedReader And BufferedWriter 
*/  
class WriterReader {  
 public String read(String fileName) throws IOException {  
  StringBuffer sb = new StringBuffer();  
  BufferedReader in = new BufferedReader(new FileReader(fileName));  
  String s;  
  while((s = in.readLine()) != null) {  
    sb.append(s);  
    sb.append("\n");  
  }  
  in.close();  
  return sb.toString();  
 }  
 public void write(String fileName, String text) throws IOException {  
  PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new FileWriter(fileName)));  
  out.print(text);  
  out.close();  
 }  
}  
/** 
* using the BufferedInputStream And BufferedOutputStream 
*/  
class BufferedStream{  
 public byte[] read(String fileName) throws IOException {  
  BufferedInputStream remoteBIS = new BufferedInputStream(new FileInputStream(fileName));  
  ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream(10240);  
  byte[] buf = new byte[1024];  
  int bytesRead = 0;  
  while(bytesRead >= 0)  
  {  
   baos.write(buf, 0, bytesRead);  
   bytesRead = remoteBIS.read(buf);  
  }  
  byte[] content = baos.toByteArray();  
  return content;  
 }  
 public void write(String fileName, byte[] content)  throws IOException {  
  BufferedOutputStream out = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(fileName));  
  out.write(content);  
  out.flush();  
  out.close();  
 }  
}  
public class TestIO  
{  
 public static void main(String[] args)throws IOException {  
  long currentTime = System.currentTimeMillis() ;  
  EncoderRW rw = new EncoderRW();  
  rw.write("index.dat",rw.read("FileUtil.java"));  
  System.out.println("cost time:" + Long.toString(System.currentTimeMillis()-currentTime) + " ms");  
  currentTime = System.currentTimeMillis() ;  
  WriterReader wr = new WriterReader();  
  wr.write("index.dat",wr.read("FileUtil.java"));  
  System.out.println("cost time:" + Long.toString(System.currentTimeMillis()-currentTime) + " ms");  
  currentTime = System.currentTimeMillis() ;  
  BufferedStream bf = new BufferedStream();  
  bf.write("index.dat",bf.read("FileUtil.java"));  
  System.out.println("cost time:" + Long.toString(System.currentTimeMillis()-currentTime) + " ms");  
 }  
}