学习Java之IO流的基础概念详解
作者：一一哥Sun
一. IO流概念
首先给大家来解释一下 “IO流” 这个概念，如果我们连 IO流 是个啥都不知道，也就没必要继续往下看了。在这里会从两部分展开介绍IO流，即 “IO” 与 “流” 。
1. IO
IO其实代表的是两个内容，即 “I” 与 “O”，它们分别是 “In” 与 “Out” 的缩写。
In：输入， 代表着能够接收数据的数据源对象，从外部设备把数据输入到内存；
Out：输出， 代表着能够产出数据的数据源对象，从内存中输出数据到外部设备。
对我们来说，大家只需要记住，输入与输出都是以内存为参照物的即可！
2. 流
接下来咱们再来看看什么是 “流”！请先在脑海里想一下，“流”是一种什么样的形态？其实Java中各个API的命名都是很形象的，绝对都做到了见名知意，这里的“流”就是一个很形象的概念！可以说，流是一组有序的数据序列，能把数据从一个地方带到另一个地方。根据数据流向的不同，可以分为输入(Input)流和输出(Output)流两种。
- 输入流：当我们的代码程序需要 读入数据 的时候，可以开启一个连通 数据源 ****的流(输入流) ，这个数据源可以是文件、内存、数据库，或是网络连接。
- 输出流：同样的，当我们的代码程序需要 输出数据 的时候，也可以开启一个连通 目的地 ****的流(输出流)， 这个目的地一般是指我们的代码程序。
你可以想象一下，我们的数据好像就是在数据源与目的地之间 “流动” 了起来。其实 流(stream)这个概念，一开始源于UNIX中的管道(pipe)概念 。 在UNIX中，管道是一条不间断的字节流，用来实现程序或进程间的通信，或读写外围设备、外部文件等。最后再给各位提取一下流的概念：
流是一组有顺序的，有起点和终点的字节集合，是对数据传输的总称或抽象。数据在两设备间的传输称为流，流的本质是数据传输，根据数据传输的特性可以将流抽象为各种类，方便更直观的进行数据操作。
3. IO流
最后，我们再把IO流的概念梳理一下。
程序中的数据需要移动传输，比如硬盘上的数据需要出现在显示器上，从键盘输入的内容需要存储在硬盘上，所有的这些操作都要进行数据传输，而在Java中负责进行数据传输的技术就是“IO流”。这是一种按顺序读写数据的模式，它的特点是单向流动，数据会像自来水一样在水管中流动，所以我们把它称为IO流。
外部的数据输入到计算机，计算机内部的数据输出到外部，这个实现的过程就是由IO流来完成的，且输入和输出都是以内存为中心的。
- Input输入：是把数据从各种外部的输入设备(键盘、麦克风等)中读入到内存，例如，把文件从硬盘读取到内存，从网络读取数据到内存等；
- Output输出：指把数据从内存输出到各种外部设备(如显示器、磁盘等)，例如，把数据从内存写入到文件，把数据从内存输出到网络等。
我们之所以要以内存为中心，是因为代码要运行在内存中，这就需要各种数据都必须进入到内存中进行处理。大家要注意，IO流对数据的处理，只能按照数据序列的顺序来进行，即前一个数据处理完之后才能处理后一个数据，否则会产生异常。
二. 作用
那么根据上面对IO流的描述，我们就可以搞清楚出IO流的核心作用，如下：
IO流可以在数据源和目的地之间搭建一个传输通道，用于处理设备与代码程序之间的数据传输，设备是指硬盘、内存、数据库、键盘录入、网络等。
一言以蔽之，IO流屏蔽了实际的设备处理数据细节，我们不必关心其内部具体的流动过程，只需知道IO流是用来处理设备之间数据传输的即可。
三. 分类
如果你只看上面IO流的概念，感觉也没有什么难度，但是关于IO流的学习，最难的是分类太多。IO流有着不同的划分维度，如果我们根据这些不同的标准来分类的话，可以分类如下：
- 按IO流的流动方向分为： 输入流和输出流；
- 按IO流的数据单位分为： 字节流和字符流；
- 按IO流的不同功能分为： 节点流和处理流。
接下来会分别解释一下这几种类型。
1. 输入流与输出流
从IO流的流动方向上，我们知道IO流可以分为输入流与输出流，但不少初学者总是分不清输入流与输出流，甚至会把两者搞反。所以接下来就再明确一下输入流与输出流的区别，我们来看下图：
在上图中，我们以家中自来水的进水与出水来形象的比喻输入流与输出流。
- 自来水公司相当于是数据源，我们家中的房子就相当于是目的地；
- 自来水公司的水进入到我们家里，这就是自来水的输入；
- 我们家中产生的污水，要排到污水处理厂，这就是自来水的输出。
在这个供水、排水的过程中，我们可以想一下，输入、输出是不是一个相对的概念呢？那么相对于哪个角色呢？没错！输入、输出都是相对于我们的房子来说的，进入到房子叫做输入，从房子流出就叫做输出。所以房子就是输入和输出的参照物，这就和内存是IO流的输入、输出参照物一样！
最后，再把上图中的各角色明确一下：
- 数据源： 上图中自来水公司的水池，用于提供自来水(数据)；
- 输入流： 从自来水公司进到房子里的管道，携带着具体的数据家里来；
- 目的地： 上图中的房子，这代表着我们项目的代码程序，或者说是内存；
- 输出流： 从家中流出到污水厂的管道流，携带着具体的数据到污水厂；
- 数据目标： 最后的污水厂，这是用于持久化存储污水(数据)的地方，其实也是一种数据源。
所以，IO流中的输入流与输出流，入与出都是相对于内存而言的。从某个数据源读取数据到内存中，被称为输入流；从内存中把数据持久化保存到其他设备上，则被称为输出流。简单一句话，流向内存是输入流，流出内存的输出流。 我们再来看下图：
另外要注意，我们可以从输入流中读取信息，但不能对它写；可以对输出流进行写操作，但不能对其读。所以输入也叫做读取数据，输出也叫做作写出数据！
2. 字节流与字符流
上面说了，按照数据流的数据单位不同，可以把IO流分为字节流与字符流，两者的区别如下：
- 字节流： 字节流是以字节(8bit)为单位进行数据的按序传输，一次读取或写入一个字节(8位)的二进制数据， 字节流能处理所有类型的数据(如图片、音频、视频等) ；
- 字符流： 字符流以字符为单位进行数据的按序传输，根据码表映射字符，一次读取或写入一个字符(可能是多个字节)，一次读入或写出16位二进制数据， 字符流只能处理文本文件中的字符类型数据 。
字节流和字符流的这些区别，主要是因为Java一个字节的空间是1个Byte，即8位；而一个字符的空间是2个Byte，即16位。另外Java的字节是有符号类型，字符是无符号类型！
另外我们还知道，计算机中的一切文件数据(文本、图片、视频等)在存储时，都是以二进制的形式保存的，即都是一个一个的字节，在传输时也同样如此。所以，字节流可以传输任意类型的文件数据。在操作流的时候，我们要时刻明确，无论使用什么样的流，底层传输的始终为二进制数据。
但如果我们需要读写的内容是字符，并且字符不全是单字节表示的ASCII字符。有很多的字符是用Unicode编码表示的，采用的是双字节，而InputerStream是用来处理单字节的，在处理字符文本时不是很方便，所以就需要有一种可以高效处理字符的流。字符流的本质其实也是基于字节流的，所以字节流和字符流的原理其实也是相同的，只不过处理的数据单位大小不同而已。一般情况下，Java所有关于IO流的API，后缀是Stream的是字节流，后缀是Reader和Writer的是字符流。但你可能会问，我们在开发时，到底是要选择字节流还是字符流呢？
答案就是，对于字节流和字符流，如果我们只是想处理纯文本数据，可以优先考虑字符流，除此之外尽量使用字节流。
3. 节点流与处理流
另外如果从IO流的功能角度来看，IO流可以分为节点流和处理流，两者有以下区别。
节点流，可以直接与数据源相连，进行读入或写出。
但如果我们直接使用节点流进行操作，读写并不方便，所以为了更快的读写文件，就有了处理流。
处理流，一般会与节点流一起使用，在节点流的基础上，再套接一层，套接在节点流上的就是处理流。
四. 使用场景
总之，Java中有种类丰富且功能强大的IO流机制，包含了多种流类型，例如：字节流、字符流、缓冲流、数据流、对象流等。我们利用这些流，可以进行文件读写、网络传输、图片处理、音频视频处理等场景。
五. 结语
至此，就在今天的这篇文章中给大家科普了IO流的基本概念，今天的重点如下：
- IO流是一种流式的数据输入/输出模型，负责在数据源和目的地之间搭建一个传输通道，用于处理设备与代码程序之间的数据传输；
- 输入与输出都是针对内存而言的；
- 字节流是以字节(8bit)为单位进行数据的按序传输，一次读取或写入一个字节(8位)的二进制数据；
- 字符流以字符为单位进行数据的按序传输，根据码表映射字符，一次读取或写入一个字符(可能是多个字节)。
以上就是学习Java之IO流的基础概念详解的详细内容，更多关于Java IO流的资料请关注脚本之家其它相关文章！