[Java] Java I/O資料流傳輸工具整理
由於在Java I/O流中總是分不清楚有那些工具可以使用，也常常搞不懂之中的繼承關係，也搞不清楚之中有哪些方法可以使用，本文將有關常見資料流的類別與方法整理出來，提供大家參考
本文的架構主要如下:
- 什麼是I/O資料流?
- 資料流四大類別
- 低階流與高階流
- 各個資料流類別使用時機與方法
首先來說說什麼是I/O資料流?
I/O事實上是Input以及Output兩字的縮寫，是指使用Java進行資料的傳輸(存取)。這邊的Input指的是將源頭資料傳輸到程式之中，Output則是從程式輸出到指定的目的地。
首先我們從API文件閱讀開始，進入Java API文件後，可以發現到Java運用在資料流的類別都在java.io這個套件底下，很特別的是我們可以看到除了Input以及Output這個組合之外，還有另一個組合是Reader以及Writer。
這邊Reader指的是將源頭資料讀入程式之中，Writer則是將程式寫出到指定的目的地。
為何已經有了Input以及Output這個組合，還需要有Reader以及Writer這個組合呢?
原因是Input以及Output組合被設計出來時為JDK1.0版本，但當時並未考量到非英文字元的傳輸，由於英文字元的單個字都是一個位元，現行萬國碼將文字做一個完整的編碼統合，但萬國碼每個單字都是兩個位元，為了支援其他類型的資料傳輸因此又多了Reader以及Writer這項組合。
Reader以及Writer對於文字的支援度更完整。
資料流四大類別
因此資料流的工具都是在java.io套件下，又以InputStream、OutputStream、Reader、Writer這四個為主軸。將彼此的關係繪製成圖的話就像下圖這樣:
InputStream、OutputStream、Reader、Writer
這四個類別又分別有底下又有其他工具可以使用，上圖僅包含部分常用的資料流類別。
首先要先知道一般資料的傳輸類別都有以下幾個方法可以使用:
- 輸入程式:
- read():指讀下一個字元，通常會搭配迴圈使用，進行資料的讀入。
- available():取得源頭資料的大小，File類別則是用length()方法來知道檔案大小。
- close():所有資料流類別執行結束都需要關閉，不然會出錯。
- 輸出程式:
- write():將資料寫出，通常也會搭配迴圈使用，將資料自程式傳輸自目的地。
- flush():中文是沖的意思，在傳輸過程中，通常會使用到緩衝機制，資料有可能會傳輸不完整，因此使用此方法將剩餘資料傳輸出去。(後方說明Buffer時候會有完整說明)
- close():所有資料流類別執行結束都需要關閉，不然會出錯。
低階流 & 高階流
依照功能區分的話可以分為低階流以及高階流:
- 低階I/O(節點資料流):負責與資料源頭與目的地相連。
- 高階I/O(處理資料流):處理其他功能，如設立緩衝/型別轉換等。
依照低階流與高階流區分分類如下:
- 低階I/O(節點資料流):
-InputStream
-FileInputStream
-OutputStream
-FileOutputStream
-FileReader
-FileWriter
- 高階I/O(處理資料流):
-BufferedInputStream
-BufferedOutputStream
-BufferedReader
-BufferedWriter
-InputStreamReader
-OutputStreamWriter
-ObjectInputStream
-ObjectOutputStream
-PrintWriter
-PrintStream
需要注意的是任何高階I/O要使用需要與低階I/O串接使用，高階I/O無法連接資料元頭或者目的地，如果API中此I/O類別的"建構子"需要連接一個低階I/O，則表示這是高階I/O，是Java多型的展現。
各個資料流類別使用時機與方法
- FileInputStream/FileOutputStream/FileReader/FileWriter(檔案類別):
用在檔案的讀入與寫出，後方的建構子接的通常為檔案的位置，如果該檔案不存在則會自動建立該檔案，這是與File類別最不同的地方，當File類別new產生物件時，並不會建立檔案。
FileOutputStream/FileWriter兩者的建構子可以設定append。
append為true時，新增加的資料會附加在原始資料後。
append為false時，新增加的資料會覆蓋原始資料後。(預設) - BufferedInputStream/BufferedOutputStream/BufferedReader/BufferedWriter(緩衝類別):
緩衝是用以提高效率，如果使用低階資料流，由於硬碟的執行效率比記憶體慢很多，因此緩衝的概念是將待處理的資料在記憶體中集滿一次解決，減少硬碟的傳輸次數，藉此達到提升效率的功能。
但是使用緩衝將資料集中，資料傳輸到尾端可能資料量較少，因此記憶體沒有集滿，程式可能因為沒有集滿因此沒有傳輸，導致傳輸失敗，此狀況就需要使用flush()方法將尾部殘餘資料強制送出。
此外，BufferedReader之中又有一個readline()方法，此方法最好用的地方在於，一般資料流傳輸回的資料是int型別，通常我們要傳輸的資料往往是字串，如此一來，我們還需要做到型別轉換的工作。但是readline()可以將文字一行一行讀入，且回傳就是String字串，因此使用BufferedReader搭配readline()方法，不僅有緩衝的功能，同時省去行別轉換的麻煩。 - InputStreamReader/OutputStreamWriter(位元類別):
由於網路是位元資料因此普通的Reader/Writer無法傳輸，因此可以使用InputStreamReader/OutputStreamWriter，此類別主要可以做到類別的轉換。透過套接InputStream/OutputStream可以傳輸位元資料，可以用於網路資料讀取、爬蟲等等功用。
另外此類別的建構子可以宣告編碼類型，因此也可以用來做不同編碼的資料傳輸。 - PrintWriter/PrintStream(印出類別):
印出這個類別只有輸出沒有輸入，其實PrintStream就是經常使用的System.out.println(); (方法叫用是Java提供的縮寫)，PrintWriter同樣也有println()方法，用來印出資料。通常也可以用來將程式之中的字串搭配其他資料流輸出到檔案。 - ObjectInputStream/ObjectOutputStream(物件類別):
必須要實作序列化(Serializable)空介面，實作此介面是實現介面"貼標籤"的功能。
物件是在執行時期才會產生，當物件消失時，所保存的屬性(資料)也會跟著消失，為了對物件永久保存，因此有對物件永久保存/傳輸的需求。
此為高階I/O因此也需要搭配低階I/O使用。
此資料流讀入與寫出方法如下:
讀入:readObject()
寫出:writeObject(Object obj)
比較要注意的地方是寫出會將輸入的物件轉為Object類別，目的是將所有不同物件轉為同一個類別才能輸出，符合參數規則，是一種多型的展現。
讀入的時候記得要轉為原始宣告的型別，才能進行類別方法的呼叫!
I/O資料流是公司面試、認證考試以及工作中經常會碰到的內容，本文比較多硬貨，比較好建議的學習方式是將上方的的架構圖看熟，之後在精讀下方的細節重點與操作，在使用的時候一邊搭配API文件服用。
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#技術學習 #後端程式設計
