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 Java文件和IO流基础部分

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前言

    在我们学习了前面的Java操作后，我们目前需要灵活的对文件进行灵活的操作，学习IO流是编程中的基础与核心技能，几乎所有的应用程序都涉及数据输入输出（I/O）操作。其实就是数据交互的一种方式，下面让我们详细的学习一下。

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一、文件的定义与理解：

    首先我先谈谈我对文件的理解。文件是保存数据的地方，比如大家经常使用的word文档，txt文件，excel文件，都是文件，它既可以保存一张图片，也可以保存视频和声音。

    专业定义：

  计算机文件是以计算机硬盘，光盘以及移动存储设备为载体的存储在计算机上的信息集合，其存储形式可以是文本文档，图片和程序等。文件通常具有文件扩展名，用于指示文件类型，例如，图片文件扩展名为jpg，文本文件扩展名是txt等。

   文件系统和路径：

    一个文件系统可以包含三类对象：文件，目录和符号链接。当今流行的操作系统都支持文件和目录，并且允许目录中包含子目录，处于目录树中最顶部的目录称为“根目录”。Linux和UNIX操作系统只有一个根目录/；而windows操作系统可以有多个根目录，例如“c:\”“d:\”等

    文件系统中的对象可以使用一条路径作为唯一的识别，例如，windows系统C盘下的User目录可以表示成“C:\Users”。

     路径有绝对路径和相对路径两种：

     绝对路径-------从根路径开始，对文件进行完整描述，例如，“D:\data\qst.txt”。

     相对路径-------从当前路径为参照，对文件进行描述，例如，“data\qst.txt”。

二、IO流的定义和分类：

1.定义：

     Java的IO流是实现数据输入(Input)和输出(Output)的基础，可以对数据实现读/写操作。流的优势在于使用统一的方式对数据进行操作或传递，简化了代码的操作。

         

形象的理解：

     可以把两端当成一个用户和物流中心，中间的就是外卖小哥，来回两个过程。

2.流的分类：

    按流的流向来分：

  输入流：只能从输入流中读取数据，而不能向输入流中写入数据；

  输出流：只能向输出流中写入数据，而不能从输出流中读取数据；

   按照流所操作的基本数据单元来分，可将流分为字节流和字符流。

      

核心区别在于处理数据的基本单位是字节还是字符。

​分类	​基类	​适用场景	​典型实现类
​字节流	InputStream/OutputStream	处理二进制数据（图片、视频、压缩包等）	FileInputStream、ByteArrayInputStream
​字符流	Reader/Writer	处理文本数据（.txt、.csv等）	FileReader，StringWriter

     节点流和处理流：

  节点流可以从一个特定的数据元读写数据。而处理流（也叫包装流）是“连接”已存在的流（节点流或处理流），为程序提供更为强大的读写功能。（更加灵活。）

    我们这里详细的解释一下底层处理流：

         这其实属于一种处理模式：修饰器模式（Decorator Pattern）​ 是一种关键设计模式，它通过动态组合对象的方式，为I/O流提供灵活的功能扩展能力，同时避免因继承导致的类爆炸问题。

修饰器模式的核心作用

1. ​动态扩展功能
   在不修改原有类的基础上，通过嵌套包装（Wrapping）​的方式，为I/O流动态添加新功能（如缓冲、压缩、加密等）。

2. ​避免类爆炸
   如果通过继承实现所有功能组合（如缓冲+压缩+加密），需要为每个组合创建子类，导致类数量指数级增长。修饰器模式通过组合替代继承，仅需少量类即可覆盖所有功能组合。

3. ​保持接口一致性
   所有修饰器类（如BufferedInputStream）与基础流类（如FileInputStream）实现相同的接口（如InputStream），使嵌套调用透明化。

      修饰器模式在Java I/O中的实现

​    基础结构：

• ​抽象组件（Component）​：定义核心功能接口，如InputStream/OutputStream。
• ​具体组件（Concrete Component）​：实现基础功能，如FileInputStream（读取文件）。
• ​修饰器抽象类（Decorator）​：继承自Component并持有Component的引用，如FilterInputStream。
• ​具体修饰器（Concrete Decorator）​：添加具体功能，如BufferedInputStream（缓冲功能）。

     

// 基础组件：InputStream（抽象接口）
public abstract class InputStream {public abstract int read() throws IOException;
}// 具体组件：FileInputStream（基础文件流）
public class FileInputStream extends InputStream {public int read() { /* 从文件读取字节 */ }
}// 修饰器抽象类：FilterInputStream（所有修饰器的基类）
public class FilterInputStream extends InputStream {protected InputStream in;  // 持有被修饰的流对象protected FilterInputStream(InputStream in) { this.in = in; }public int read() throws IOException { return in.read();  // 默认直接调用被修饰流的方法}
}// 具体修饰器：BufferedInputStream（添加缓冲功能）
public class BufferedInputStream extends FilterInputStream {private byte[] buffer = new byte[8192];private int pos;public BufferedInputStream(InputStream in) { super(in); }@Overridepublic int read() throws IOException {if (pos >= buffer.length) {// 从底层流批量读取数据到缓冲区int bytesRead = in.read(buffer);if (bytesRead <= 0) return -1;pos = 0;}return buffer[pos++];  // 从缓冲区返回单个字节}
}

  这其实就是一种叠加的模式，你能理解吧，以下这个代码就是给大家详细说明一下：

       

// 基础流：读取文件
InputStream baseStream = new FileInputStream("data.txt");// 添加缓冲功能
InputStream bufferedStream = new BufferedInputStream(baseStream);// 再添加解压缩功能（假设GZIPInputStream是另一个修饰器）
InputStream gzipStream = new GZIPInputStream(bufferedStream);// 最终使用：依次调用缓冲→解压→文件读取
int data = gzipStream.read();

     

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总结

以上就是今天要讲的内容，本文仅仅讲了文件和IO流的分类，接下来一篇我会给大家讲讲流的体系结构，以其它们是如何使用的，谢谢大家，我会持续更新的。