341. Java I/O API - 理解 Java I/O 主要概念
介绍 Java I/O API
在Java中，I/O代表输入和输出。Java I/O API应用程序提供了从外部访问数据所需的所有工具。在应用程序的语境中，“外部”通常指两个主要的元素：文件系统（通常是硬盘或内存）和网络。事实上，还可以通过Java I/O及其扩展访问第三个元素：堆外内存。
Java I/O API能够读取和写入文件，使用不同的协议通过网络获取或发送数据。访问数据库的Java数据库连接（JDBC）API就使用了Java I/O API通过TCP/IP访问数据库。许多著名的API都是基于Java I/O API构建的。
理解 Java I/O、Java NIO 和 Java NIO2
Java I/O API是在90年代中期与JDK的早期版本一起创建的。
2002年，Java SE 1.4发布了Java NIO（非阻塞I/O），引入了新的类、概念和功能。NIO的主要特性是非阻塞I/O，能让应用程序在执行I/O操作时不被阻塞。虽然Java NIO发布后，可以考虑重新编写部分I/O代码来利用其改进，但Java I/O的基本模式保持不变。
2011年，Java SE 7发布了Java NIO2，增加了更多的类和新概念，并带来了新的I/O模式。Java SE 8更新了部分NIO2类，进一步提升了Java I/O的能力。
本教程将涵盖Java I/O、Java NIO和Java NIO2的三大部分。
访问文件
Java I/O有两个主要概念：定位资源和打开流。接下来的内容将展示如何通过文件系统访问文件，以及Java I/O API如何组织其流。
访问文件有两种方式：一种使用File类，另一种使用Path接口。
使用 File 类访问文件
File类是在Java SE 1.0中引入的，它代表了访问文件的传统方式。可以将此类视为表示文件路径的字符字符串的包装器。该路径可以是绝对路径或相对路径，并且可以代表常规文件或目录。可以检查文件是否存在，是否可读或可修改，还可以执行创建、复制等操作。
示例：
File file = new File("example.txt");
if (file.exists()) {
System.out.println("文件存在");
}
使用 Path 接口访问文件
自Java SE 7起，Path接口作为Java NIO2的一部分被引入，用以解决File类的一些缺点。Path接口解决了以下问题：
File类中的许多方法在失败时不会抛出异常，导致无法获得有用的错误信息。例如，调用file.delete()如果删除失败，只会返回false，但无法确定失败原因。File类的rename()方法在不同平台上的表现不一致。File类对符号链接的支持较差。- 对文件元数据（如文件权限、所有者等）的支持较差。
File类中的方法在处理大量数据时可能导致性能问题。
因此，从Java SE 7开始，推荐使用Path接口来替代File类。
示例：
Path path = Paths.get("example.txt");
if (Files.exists(path)) {
System.out.println("文件存在");
}
理解 I/O 流
I/O流代表一个输入源或输出目标。流可以表示许多不同类型的源和目标，包括磁盘文件、设备、其他程序和内存数组等。
流支持多种数据类型，包括字节、原始数据类型、本地化字符和对象。一些流仅传递数据，而其他流则以有用的方式操作和转换数据。
尽管内部工作方式不同，但所有流都向程序提供相同的简单模型：流是数据的序列。程序使用输入流从源中读取数据，一次读取一个项目；而使用输出流将数据写入目标，一次写入一个项目。
数据源和数据目标可以是任何存储、生成或消耗数据的事物，当然，包括磁盘文件，但源或目标也可以是其他程序、外部设备、网络套接字或数组等。
I/O流和Java 8引入的Stream API是两个不同的概念。尽管它们名称相同，容易引起混淆，但它们的概念是不同的。
Java I/O API定义了两种内容类型：
- 字符内容：比如文本文件、XML或JSON文档。
- 字节内容：比如图像或视频文件。
并且定义了两种操作内容的方式：读取和写入。
基于这些，Java I/O API定义了四个基础抽象类，每个类都表示一种特定类型的I/O流和具体操作：
| 读取 | 写入 |
|---|---|
字符流：Reader | 字符流：Writer |
字节流：InputStream | 字节流：OutputStream |
所有的字节流都继承自InputStream和OutputStream，这包括许多子类。接下来，将看到一些常见的字节流和字符流类。
示例：读取文件内容
使用字节流读取文件：
InputStream inputStream = new FileInputStream("example.txt");
int data;
while ((data = inputStream.read()) != -1) {
System.out.print((char) data);
}
inputStream.close();
使用字符流读取文件：
Reader reader = new FileReader("example.txt");
int data;
while ((data = reader.read()) != -1) {
System.out.print((char) data);
}
reader.close();
总结
通过Java I/O API，可以实现对文件、网络资源、堆外内存等的访问。虽然File类提供了基本的文件操作，但Path接口更为现代，提供了更多的功能和更好的平台兼容性。理解流的工作方式对于编写高效的I/O操作代码至关重要，正确地选择字节流或字符流可以提高性能并避免常见错误。
