1.什麼是IO
Java中I/O操作主要是指使用Java進行輸入，輸出操作.Java所有的I/O機制都是基於資料流進行輸入輸出，這些資料流表示了字元或位元組資料的流動序列。 Java的I/O流提供了讀寫資料的標準方法。任何Java中表示資料來源的物件都會提供以資料流的方式讀寫它的資料的方法。
Java.io是大多數以資料流為導向的輸入/輸出類別的主要軟體包。此外，Java也對區塊傳輸提供支持，在核心庫java.nio中採用的便是區塊IO。
流IO的好處是簡單易用，缺點是效率較低。塊IO效率很高，但程式設計比較複雜。
Java IO模型:
Java的IO模型設計非常優秀，它使用Decorator模式，按功能劃分Stream，您可以動態組裝這些Stream，以便獲得您需要的功能。例如，您需要一個具有緩衝的文件輸入流，則應組合使用FileInputStream和BufferedInputStream。
2.資料流的基本概念
資料流是一串連續不斷的資料的集合，就像水管裡的水流，在水管的一端一點一點地供水，而在水管的另一端看到的是一股連續不斷的水流。資料寫入程序可以是一段、一段地向資料流管道寫入數據，這些資料段會依照先後順序形成一個長的資料流。對資料讀取程式來說，看不到資料流在寫入時的分段情況，每次可以讀取其中的任意長度的數據，但只能先讀取前面的資料後，再讀取後面的數據。不管寫入時是將資料分多次寫入，還是作為一個整體一次寫入，讀取時的效果都是完全一樣的。
“流是磁碟或其它外圍設備中儲存的資料的來源點或終點。”
在電腦上的資料有三種儲存方式，一種是外存，一種是內存，一種是快取。例如電腦上的硬碟，磁碟，U盤等都是外存，在電腦上有記憶體條，快取是在CPU裡面的。外存的儲存量最大，其次是內存，最後是緩存，但是外存的資料的讀取最慢，其次是內存，快取最快。這裡總結從外存讀取資料到記憶體以及將資料從記憶體寫入外存。對於記憶體和外存的理解，我們可以簡單的理解為容器，即外存是一個容器，記憶體又是另一個容器。那又怎樣把放在外存這個容器內的資料讀取到記憶體這個容器以及怎麼把記憶體這個容器裡的資料存到外存呢？
在Java類別庫中，IO部分的內容是很龐大的，因為它涉及的領域很廣泛:
標準輸入輸出，檔案的操作，網路上的資料流，字串流，物件流，zip檔案流等等，java中將輸入輸出抽象化稱為流，就好像水管，將兩個容器連接起來。將資料沖外存讀取到記憶體中的稱為輸入流，將資料從記憶體寫入外存中的稱為輸出流。
流是一個很形象的概念，當程式需要讀取資料的時候，就會開啟一個通往資料來源的串流，這個資料來源可以是文件，內存，或是網路連線。類似的，當程式需要寫入資料的時候，就會開啟一個通往目的地的流。
總結的基本概念如下：
一組有序，有起點和終點的位元組的資料序列。包括輸入流和輸出流。
2) 輸入流（Input Stream）：程式從輸入流讀取資料來源。資料來源包括外界(鍵盤、檔案、網路…)，也就是將資料來源讀入到程式的通訊通道
採用資料流的目的就是使得輸出輸入獨立於設備。
Input Stream不關心資料來源來自何種裝置（鍵盤，文件，網路）
Output Stream不關心資料的目的是何種裝置（鍵盤，文件，網路）
3.標準I/O
Java程式可透過命令列參數與外界進行簡短的資訊交換，同時，也規定了與標準輸入、輸出設備，如鍵盤、顯示器進行資訊交換的方式。而透過文件可以與外界進行任意資料形式的資訊交換。
1. 命令列參數運行結果：
args[0] is <Java>
args[1] is <C>
args[2] is <VB>
java系統自帶的標準資料流：java.lang.System:
注意：
（1）System類別不能建立對象，只能直接使用它的三個靜態成員。
（2）每當main方法被執行時,就自動產生上述三個物件。
1) 標準輸出流System.out
System.out會向標準輸出設備輸出數據，其數據類型為PrintStream。方法：
2)標準輸入流System.in
System.in讀取標準輸入裝置資料（從標準輸入取得數據，一般是鍵盤），其資料類型為InputStream。方法：
3)標準錯誤流
System.err輸出標準錯誤，其資料類型為PrintStream。可查閱API以取得詳細說明。
標準輸出透過System.out呼叫println方法輸出參數並換行，而print方法輸出參數但不換行。 println或print方法都透過重載實作了輸出基本資料型別的多個方法，包括輸出參數類型為boolean、char、int、long、float和double。同時，也重載實作了輸出參數類型為char[]、String和Object的方法。其中，print（Object）和println（Object）方法在運行時將呼叫參數Object的toString方法。
public class StandardInputOutput {
public static void main(String args[]) {
String s;
// 建立緩衝區閱讀器從鍵盤逐行讀入數據
InputStreamReader ir = new InputStreamReader(System.in);
BufferedReader in = new BufferedReader(ir);
System.out.println("Unix系統: ctrl-d 或ctrl-c 退出"
+ "/nWindows系統: ctrl-z 退出");
try {
// 讀取一行數據，並標準輸出至顯示器
s = in.readLine();
// readLine()方法執行時期若發生I/O錯誤，將拋出IOException異常
while (s != null) {
System.out.println("Read: " + s);
s = in.readLine();
}
// 關閉緩衝閱讀器
in.close();
} catch (IOException e) { // Catch any IO exceptions.
e.printStackTrace();
}
}
}
4.java.IO層次體系結構
在整個Java.io套件中最重要的就是5個類別和一個介面。 5個類別指的是File、OutputStream、InputStream、Writer、Reader；一個介面指的是Serializable.掌握了這些IO的核心操作那麼對於Java中的IO體係也就有了一個初步的認識了
Java I/O主要包含以下幾個層次，包含三個部分：
1.流式部分IO的主體部分；
2.非流式部分主要包含一些輔助流式部分的類，如：File類、RandomAccessFile類和FileDescriptor等類；
3.其他類--檔案讀取部分的與安全相關的類，如：SerializablePermission類，以及與本機作業系統相關的檔案系統的類，如：FileSystem類和Win32FileSystem類和WinNTFileSystem類。
主要的類別如下：
1. File（文件特徵與管理）：用於文件或目錄的描述訊息，例如產生新目錄，修改文件名，刪除文件，判斷文件所在路徑等。
2. InputStream（二進位格式運算）：抽象類，基於位元組的輸入操作，是所有輸入流的父類。定義了所有輸入流都具有的共同特徵。
3. OutputStream（二進位格式操作）：抽象類別。基於位元組的輸出操作。是所有輸出流的父類別。定義了所有輸出流都具有的共同特徵。
Java中字元是採用Unicode標準，一個字元是16位，也就是一個字元使用兩個位元組來表示。為此，JAVA中引入了處理字元的流。
4. Reader（文件格式操作）：抽象類，基於字元的輸入操作。
5. Writer（檔案格式操作）：抽象類，基於字元的輸出操作。
6. RandomAccessFile（隨機檔案操作）：它的功能豐富，可以從檔案的任意位置進行存取（輸入輸出）操作。
Java中IO流的體系結構如圖：
5. 非流式文件類--File類
}
說明：File類別的方法:
(1) exists()測試磁碟中指定的檔案或目錄是否存在
(2) mkdir()建立檔案物件指定的目錄（單層目錄）
(3) createNewFile()建立文件物件指定的文件
(4) list()傳回目錄中所有檔案名稱字串
6. Java.IO流類別庫
java.io套件中包含了流式I/O所需的所有類別。在java.io套件中有四個基本類別：InputStream、OutputStream及Reader、Writer類，它們分別處理位元組流和字元流：
基本資料流的I/O
輸入/輸出
位元組流
字元流
輸入流
Inputstream
Reader
輸出流
OutputStream
Writer
Java中其他多種多樣變化的流均是由它們派生出來的:
JDK1.4版本開始引入了新I/O類別庫，它位於java.nio套件中，新I/O類別庫利用通道和緩衝區等來提高I/O操作的效率。
在java.io套件中， java.io.InputStream 表示位元組輸入流， java.io.OutputStream表示位元組輸出流，處於java.io套件最頂層。這兩個類別都是抽象類，也就是說它們不能被實例化，必須產生子類別之後才能實現一定的功能。
1. io流的具體分類一、依I/O類型來總體分類：
1. Memory 1）從/向記憶體數組讀寫資料: CharArrayReader、 CharArrayWriter、ByteArrayInputStream、ByteArrayOutputStream
2）從/向記憶體字串讀取和寫入資料StringReader、StringWriter、StringBufferInputStream
2.Pipe管道實作管道的輸入與輸出（進程間通訊）: PipedReader、PipedWriter、PipedInputStream、PipedOutputStream
3.File 文件流。對檔案進行讀取、寫入操作：FileReader、FileWriter、FileInputStream、FileOutputStream
4. ObjectSerialization 物件輸入、輸出：ObjectInputStream、ObjectOutputStream
5.DataConversion資料流依基本資料型別讀取、寫入（處理的資料是Java的基本型別（如布林型，位元組，整數和浮點數））：DataInputStream、DataOutputStream
6.Printing包含方便的列印方法：PrintWriter、PrintStream
7.Buffering緩衝在讀入或寫出時，對資料進行緩存，以減少I/O的次數：BufferedReader、BufferedWriter、BufferedInputStream、BufferedOutputStream
8.Filtering濾流，在資料進行讀取或寫入時進行過濾：FilterReader、FilterWriter、FilterInputStream、FilterOutputStream過
9.Concatenation合併輸入把多個輸入流連接成一個輸入流：SequenceInputStream
10.Counting計數在讀入資料時對行記數：LineNumberReader、LineNumberInputStream
11.Peeking Ahead透過快取機制，進行預讀：PushbackReader、PushbackInputStream
12.Converting between Bytes and Characters依照一定的編碼/解碼標準將位元組流轉換為字元流，或反向轉換（Stream到Reader,Writer的轉換類別）：InputStreamReader、OutputStreamWriter
二、依資料來源（去向）分類：
1、File（檔案）： FileInputStream, FileOutputStream, FileReader, FileWriter
2、byte[]：ByteArrayInputStream, ByteArrayOutputStream
3、Char[]: CharArrayReader, CharArrayWriter
4、String: StringBufferInputStream, StringReader, StringWriter
5.網路資料流：InputStream, OutputStream, Reader, Writer
7. 位元組流InputStream/OutputStream
InputStream 為位元組輸入流，它本身為一個抽象類，必須依靠其子類實現各種功能，此抽象類是表示字節輸入流的所有類的超類。繼承自InputStream 的流都是向程式中輸入資料的，且資料單位為位元組（8bit）；
InputStream是輸入位元組資料用的類，所以InputStream類別提供了3種重載的read方法.Inputstream類別中的常用方法：
（1） public abstract int read( )：讀取一個byte的數據，回傳值是高位補0的int型別值。若回傳值=-1說明沒有讀取到任何位元組讀取工作結束。
（2） public int read(byte b[ ])：讀取b.length個位元組的資料放到b數組中。傳回值是讀取的位元組數。這個方法實際上是呼叫下一個方法實現的（3） public int read(byte b[ ], int off, int len)：從輸入流中最多讀取len個字節的數據，存放到偏移量為off的b數組中。
（4） public int available( )：傳回輸入流中可以讀取的位元組數。注意：若輸入阻塞，當前執行緒將被掛起，如果InputStream物件呼叫這個方法的話，它只會回傳0，這個方法必須由繼承InputStream類別的子類別物件呼叫才有用，
（5） public long skip(long n)：忽略輸入流中的n個字節，返回值是實際忽略的字節數, 跳過一些字節來讀取（6） public int close( ) ：我們在使用完後，必須對我們開啟的流進行關閉.
主要的子類別：
1） FileInputStream把一個檔案當作InputStream，實作對檔案的讀取作業2） ByteArrayInputStream：把記憶體中的一個緩衝區當作InputStream使用3） StringBufferInputStream：把一個String物件當作InputStream
4) PipedInputStream：實作了pipe的概念，主要在線程中使用5） SequenceInputStream：把多個InputStream合併為一個InputStream
主要的子類別：
1) ByteArrayOutputStream：把資訊存入記憶體中的一個緩衝區中
2) FileOutputStream：把資訊存入文件中
3) PipedOutputStream：實作了pipe的概念，主要在線程中使用
4) SequenceOutputStream：把多個OutStream合併為一個OutStream
流結束的判斷：方法read()的回傳值為-1時；readLine()的回傳值為null時。
3. 檔案輸入流： FileInputStream類FileInputStream可以使用read()方法一次讀入一個字節，並以int型別傳回，或是使用read()方法時讀入至一個byte數組，byte數組的元素有多少個，就讀多少個位元組。在將整個檔案讀取完成或寫入完畢的過程中，這麼一個byte數組通常被當作緩衝區，因為這麼一個byte數組通常扮演承接資料的中間角色。
使用方法(2)
FileInputStream in=newFileInputStream(“d: /abc.txt”);
程序舉例：
將InputFromFile.java的程式的內容顯示在顯示器上
public class TestFile {
public static void main(String args[]) throws IOException {
try{
FileInputStream rf=new FileInputStream("InputFromFile.java");
int n=512; byte buffer[]=new byte[n];
while((rf.read(buffer,0,n)!=-1)&&(n>0)){
System.out.println(new String(buffer) );
}
System.out.println();
rf.close();
} catch(IOException IOe){
System.out.println(IOe.toString());
}
}
}
FileOutputStream類別用來處理以檔案作為資料輸出目的資料流；一個表示檔案名稱的字串，也可以是File或FileDescriptor物件。
建立一個文件流物件有兩種方法：
方式1：
File f=new File (“d:/myjava/write.txt ");
FileOutputStream out= new FileOutputStream (f);
方式2：
FileOutputStream out=new FileOutputStream(“d:/myjava/write.txt ");
方式3：建構函式將FileDescriptor()物件作為其參數。
FileDescriptor() fd=new FileDescriptor();
FileOutputStream f2=new FileOutputStream(fd);
方式4：建構函式將檔案名稱作為其第一參數，並將布林值作為第二參數。
FileOutputStream f=new FileOutputStream("d:/abc.txt",true);
注意：（1）檔案中寫入資料時，若檔案已經存在，則覆寫存在的檔案；（2）的讀取/寫入操作結束時，應呼叫close方法關閉串流。
}
public class TestFile {
public static void main(String args[]) throws IOException {
try {
File inFile = new File("copy.java");
File outFile = new File("copy2.java");
FileInputStream finS = new FileInputStream(inFile);
FileOutputStream foutS = new FileOutputStream(outFile);
int c;
while ((c = finS.read()) != -1) {
foutS.write(c);
}
finS.close();
foutS.close();
} catch (IOException e) {
System.err.println("FileStreamsTest: " + e);
}
}
}
電腦存取外部設備非常耗時。存取外存的頻率越高，造成CPU閒置的機率越大。為了減少訪問外存的次數，應該在一次對外設的訪問中，讀寫更多的資料。為此，除了程式和流節點間交換資料必需的讀寫機制外，還應該增加緩衝機制。緩衝流就是每一個資料流分配一個緩衝區，一個緩衝區就是一個暫時儲存資料的記憶體。這樣可以減少存取硬碟的次數,提高傳輸效率。
BufferedInputStream:當向緩衝流寫入資料時候，資料先寫到緩衝區，待緩衝區寫滿後，系統一次將資料傳送給輸出裝置。
BufferedOutputStream :當從向緩衝流讀取數據時候，系統先從緩衝區讀出數據，待緩衝區為空時，系統再從輸入設備讀取數據到緩衝區。
將BufferedInputStream與FileInputStream相接
FileInputStreamin=newFileInputStream( “file1.txt ” );
BufferedInputStreambin=newBufferedInputStream(in);
2）將記憶體寫入檔案：
將BufferedOutputStream與FileOutputStream相接
FileOutputStreamout=newFileOutputStream(“file1.txt”);
BufferedOutputStreambin=newBufferedInputStream(out);
public class ReadWriteToFile {
public static void main(String args[]) throws IOException {
InputStreamReader sin = new InputStreamReader(System.in);
BufferedReader bin = new BufferedReader(sin);
FileWriter out = new FileWriter("myfile.txt");
BufferedWriter bout = new BufferedWriter(out);
String s;
while ((s = bin.readLine()).length() > 0) {
bout.write(s, 0, s.length());
}
}
}
8. 字符流Writer/Reader
Java中字元是採用Unicode標準，一個字元是16位，也就是一個字元使用兩個位元組來表示。為此，JAVA中引入了處理字元的流。
用於讀取字元流的抽象類別。子類別必須實作的方法只有read(char[], int, int) 和close()。但是，多數子類別將重寫此處定義的一些方法，以提供更高的效率和/或其他功能。
1) FileReader :與FileInputStream對應主要用來讀取字元文件，使用預設的字元編碼，有三種建構子：
(1）將檔案名稱當作字串：FileReader f=new FileReader(“c:/temp.txt”);
(2）建構子將File物件作為其參數。
File f=new file(“c:/temp.txt”);
FileReader f1=new FileReader(f);
(3) 建構函式將FileDescriptor物件作為參數
FileDescriptor() fd=new FileDescriptor()
FileReader f2=new FileReader(fd);
(1) 以指定字元陣列作為參數：CharArrayReader(char[])
(2) 將字元陣列當作輸入流:CharArrayReader(char[], int, int)
讀取字串，建構子如下： public StringReader(String s);
2) CharArrayReader：與ByteArrayInputStream對應
3) StringReader : 與StringBufferInputStream對應
4) InputStreamReader
從輸入流讀取字節，在將它們轉換成字元:Public inputstreamReader(inputstream is);
5) FilterReader: 允許過濾字元流
protected filterReader(Reader r);
6) BufferReader :接受Reader物件作為參數，並對其添加字元緩衝器，使用readline()方法可以讀取一行。
Public BufferReader(Reader r);
主要方法：
(1) publicintread()throwsIOException;//讀取一個字符，並傳回值為讀取的字符
(2) publicintread(charcbuf[])throwsIOException;/*讀取一系列字元到陣列cbuf[]中，傳回值為實際讀取的字元的數量*/
(3) publicabstractintread(charcbuf[],intoff,intlen)throwsIOException;
/*讀取len個字符，從數組cbuf[]的下標off處開始存放，返回值為實際讀取的字符數量，該方法必須由子類實現*/
寫入字元流的抽象類別。子類別必須實作的方法只有write(char[], int, int)、flush() 和close()。但是，多數子類別將重寫此處定義的一些方法，以提供更高的效率和/或其他功能。 其子類別如下：
1） FileWrite:與FileOutputStream對應將字元類型資料寫入文件，使用預設字元編碼和緩衝器大小。
Public FileWrite(file f);
2) chararrayWrite:與ByteArrayOutputStream對應,將字元緩衝器當作輸出。
Public CharArrayWrite();
3) PrintWrite:生成格式化輸出public PrintWriter(outputstream os);
4) filterWriter:用於寫入過濾字元流protected FilterWriter(Writer w);
5) PipedWriter：與PipedOutputStream對應
6) StringWriter：無與之對應的以位元組為導向的stream
主要方法：
(1) publicvoidwrite(intc)throwsIOException；//將整數值c的低16位元寫入輸出流(2) publicvoidwrite(charcbuf[])throwsIOException；//將字元陣列cbuf[]寫入輸出流(3) publicabstractvoidwrite(charcbuf[],intoff,intlen)throwsIOException；//將字元陣列cbuf[]中的從索引為off的位置開始的len個字元寫入輸出流(4) publicvoidwrite(Stringstr)throwsIOException；//IOIO字串str中的字元寫入輸出流(5) publicvoidwrite(Stringstr,intoff,intlen)throwsIOException；//將字串str中從索引off開始處的len個字元寫入輸出流(6) flush() / /刷空輸出流，並輸出所有被緩存的位元組。
(7)close()關閉流publicabstractvoidclose()throwsIOException
3 .InputStream與Reader差別OutputStream與Writer差別
public static void main(String args[]) throws IOException {
System.out.println("記憶體中採用unicode字元編碼：" );
char c='好';
int lowBit=c&0xFF; int highBit=(c&0xFF00)>>8;
System.out.println(""+lowBit+" "+highBit);
String s="好";
System.out.println("本地作業系統預設字元編碼：");
readBuff(s.getBytes());
System.out.println("採用GBK字元編碼：");
readBuff(s.getBytes("GBK"));
System.out.println("採用UTF-8字元編碼：");
readBuff(s.getBytes("UTF-8")); }
}
9. IOException異常類別的子類
1.public class EOFException ：
非正常到達文件尾或輸入流尾時，拋出這種類型的異常。
2.public class FileNotFoundException：
當文件找不到時，拋出的異常。
3.public class InterruptedIOException：
當I/O操作被中斷時，拋出這種類型的異常。