Java字节流的使用：字节输入/输出流、文件输入/输出流、字节数组输入/输出流

在本章的第一节《Java流的概念》中就提到 InputStream 是 Java 所有字节输入流类的父类，OutputStream 是 Java 所有字节输出流类的父类，它们都是一个抽象类，因此继承它们的子类要重新定义父类中的抽象方法。

下面首先介绍上述两个父类提供的常用方法，然后介绍如何使用它们的子类输入和输出字节流，包括 ByteArrayInputStream 类、ByteArrayOutputStream 类、FileInputStream 类和 FileOutputStream 类。

字节输入流

InputStream 类及其子类的对象表示字节输入流，InputStream 类的常用子类如下。

• ByteArrayInputStream 类：将字节数组转换为字节输入流，从中读取字节。
• FileInputStream 类：从文件中读取数据。
• PipedInputStream 类：连接到一个 PipedOutputStream（管道输出流）。
• SequenceInputStream 类：将多个字节输入流串联成一个字节输入流。
• ObjectInputStream 类：将对象反序列化。

使用 InputStream 类的方法可以从流中读取一个或一批字节。表 1 列出了 InputStream 类的常用方法。

注意：在使用 mark() 方法和 reset() 方法之前，需要判断该文件系统是否支持这两个方法，以避免对程序造成影响。

字节输出流

OutputStream 类及其子类的对象表示一个字节输出流。OutputStream 类的常用子类如下。

• ByteArrayOutputStream 类：向内存缓冲区的字节数组中写数据。
• FileOutputStream 类：向文件中写数据。
• PipedOutputStream 类：连接到一个 PipedlntputStream（管道输入流）。
• ObjectOutputStream 类：将对象序列化。

利用 OutputStream 类的方法可以从流中写入一个或一批字节。表 2 列出了 OutputStream 类的常用方法。

字节数组输入流

ByteArrayInputStream 类可以从内存的字节数组中读取数据，该类有如下两种构造方法重载形式。

1. ByteArrayInputStream(byte[] buf)：创建一个字节数组输入流，字节数组类型的数据源由参数 buf 指定。
2. ByteArrayInputStream(byte[] buf,int offse,int length)：创建一个字节数组输入流，其中，参数 buf 指定字节数组类型的数据源，offset 指定在数组中开始读取数据的起始下标位置，length 指定读取的元素个数。

例 1

使用 ByteArrayInputStream 类编写一个案例，实现从一个字节数组中读取数据，再转换为 int 型进行输出。代码如下：

public class test08 {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] b = new byte[] { 1, -1, 25, -22, -5, 23 }; // 创建数组
        ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(b, 0, 6); // 创建字节数组输入流
        int i = bais.read(); // 从输入流中读取下一个字节，并转换成int型数据
        while (i != -1) { // 如果不返回-1，则表示没有到输入流的末尾
            System.out.println("原值=" + (byte) i + "\t\t\t转换为int类型=" + i);
            i = bais.read(); // 读取下一个
        }
    }
}

在该示例中，字节输入流 bais 从字节数组 b 的第一个元素开始读取 4 字节元素，并将这 4 字节转换为 int 类型数据，最后返回。

提示：上述示例中除了打印 i 的值外，还打印出了 (byte)i 的值，由于 i 的值是从 byte 类型的数据转换过来的，所以使用 (byte)i 可以获取原来的 byte 数据。

该程序的运行结果如下：

原值=1   转换为int类型=1
原值=-1   转换为int类型=255
原值=25   转换为int类型=25
原值=-22   转换为int类型=234
原值=-5   转换为int类型=251
原值=23   转换为int类型=23

从上述的运行结果可以看出，字节类型的数据 -1 和 -22 转换成 int 类型的数据后变成了 255 和 234，对这种结果的解释如下：

• 字节类型的 1，二进制形式为 00000001，转换为 int 类型后的二进制形式为 00000000 00000000 0000000000000001，对应的十进制数为 1。
• 字节类型的 -1，二进制形式为 11111111，转换为 int 类型后的二进制形式为 00000000 00000000 0000000011111111，对应的十进制数为 255。

可见，从字节类型的数转换成 int 类型的数时，如果是正数，则数值不变；如果是负数，则由于转换后，二进制形式前面直接补了 24 个 0，这样就改变了原来表示负数的二进制补码形式，所以数值发生了变化，即变成了正数。

提示：负数的二进制形式以补码形式存在，例如 -1，其二进制形式是这样得来的：首先获取 1 的原码 00000001，然后进行反码操作，1 变成 0，0 变成 1，这样就得到 11111110，最后进行补码操作，就是在反码的末尾位加 1，这样就变成了 11111111。

字节数组输出流

ByteArrayOutputStream 类可以向内存的字节数组中写入数据，该类的构造方法有如下两种重载形式。

1. ByteArrayOutputStream()：创建一个字节数组输出流，输出流缓冲区的初始容量大小为 32 字节。
2. ByteArrayOutputStream(int size)：创建一个字节数组输出流，输出流缓冲区的初始容量大小由参数 size 指定。

ByteArrayOutputStream 类中除了有前面介绍的字节输出流中的常用方法以外，还有如下两个方法。

1. intsize()：返回缓冲区中的当前字节数。
2. byte[] toByteArray()：以字节数组的形式返回输出流中的当前内容。

例 2

使用 ByteArrayOutputStream 类编写一个案例，实现将字节数组中的数据输出，代码如下所示。

public class Test09 {
    public static void main(String[] args) {
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        byte[] b = new byte[] { 1, -1, 25, -22, -5, 23 }; // 创建数组
        baos.write(b, 0, 6); // 将字节数组b中的前4个字节元素写到输出流中
        System.out.println("数组中一共包含：" + baos.size() + "字节"); // 输出缓冲区中的字节数
        byte[] newByteArray = baos.toByteArray(); // 将输出流中的当前内容转换成字节数组
        System.out.println(Arrays.toString(newByteArray)); // 输出数组中的内容
    }
}

该程序的输出结果如下：

数组中一共包含：6字节
[1, -1, 25, -22, -5, 23]

文件输入流

FileInputStream 是 Java 流中比较常用的一种，它表示从文件系统的某个文件中获取输入字节。通过使用 FileInputStream 可以访问文件中的一个字节、一批字节或整个文件。

在创建 FileInputStream 类的对象时，如果找不到指定的文件将拋出 FileNotFoundException 异常，该异常必须捕获或声明拋出。

FileInputStream 常用的构造方法主要有如下两种重载形式。

1. FileInputStream(File file)：通过打开一个到实际文件的连接来创建一个 FileInputStream，该文件通过文件系统中的 File 对象 file 指定。
2. FileInputStream(String name)：通过打开一个到实际文件的链接来创建一个 FileInputStream，该文件通过文件系统中的路径名 name 指定。

下面的示例演示了 FileInputStream() 两个构造方法的使用。

try {
    // 以File对象作为参数创建FileInputStream对象
    FileInputStream fis1 = new FileInputStream(new File("F:/mxl.txt"));
    // 以字符串值作为参数创建FilelnputStream对象
    FileInputStream fis2 = new FileInputStream("F:/mxl.txt");
} catch(FileNotFoundException e) {
    System.out.println("指定的文件找不到!");
}

例 3

假设有一个 D:\myJava\HelloJava.java 文件，下面使用 FileInputStream 类读取并输出该文件的内容。具体代码如下：

public class Test10 {
    public static void main(String[] args) {
        File f = new File("D:/myJava/HelloJava.java");
        FileInputStream fis = null;
        try {
            // 因为File没有读写的能力,所以需要有个InputStream
            fis = new FileInputStream(f);
            // 定义一个字节数组
            byte[] bytes = new byte[1024];
            int n = 0; // 得到实际读取到的字节数
            System.out.println("D:\\myJava\\HelloJava.java文件内容如下：");
            // 循环读取
            while ((n = fis.read(bytes)) != -1) {
                String s = new String(bytes, 0, n); // 将数组中从下标0到n的内容给s
                System.out.println(s);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                fis.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

如上述代码，在 FileInputDemo 类的 main() 方法中首先创建了一个 File 对象 f，该对象指向 D:\myJava\HelloJava.java 文件。接着使用 FileInputStream 类的构造方法创建了一个 FileInputStream 对象 fis，并声明一个长度为 1024 的 byte 类型的数组，然后使用 FileInputStream 类中的 read() 方法将 HelloJava.java 文件中的数据读取到字节数组 bytes 中，并输出该数据。最后在 finally 语句中关闭 FileInputStream 输入流。

图 1 所示为 HelloJava.java 文件的原始内容，如下所示的是运行程序后的输出内容。

图 1  HelloJava.java文件内容

注意：FileInputStream 类重写了父类 InputStream 中的 read() 方法、skip() 方法、available() 方法和 close() 方法，不支持 mark() 方法和 reset() 方法。

文件输出流

FileOutputStream 类继承自 OutputStream 类，重写和实现了父类中的所有方法。FileOutputStream 类的对象表示一个文件字节输出流，可以向流中写入一个字节或一批字节。在创建 FileOutputStream 类的对象时，如果指定的文件不存在，则创建一个新文件；如果文件已存在，则清除原文件的内容重新写入。

FileOutputStream 类的构造方法主要有如下 4 种重载形式。

1. FileOutputStream(File file)：创建一个文件输出流，参数 file 指定目标文件。
2. FileOutputStream(File file,boolean append)：创建一个文件输出流，参数 file 指定目标文件，append 指定是否将数据添加到目标文件的内容末尾，如果为 true，则在末尾添加；如果为 false，则覆盖原有内容；其默认值为 false。
3. FileOutputStream(String name)：创建一个文件输出流，参数 name 指定目标文件的文件路径信息。
4. FileOutputStream(String name,boolean append)：创建一个文件输出流，参数 name 和 append 的含义同上。

注意：使用构造方法 FileOutputStream(String name,boolean append) 创建一个文件输出流对象，它将数据附加在现有文件的末尾。该字符串 name 指明了原文件，如果只是为了附加数据而不是重写任何已有的数据，布尔类型参数 append 的值应为 true。

对文件输出流有如下四点说明：

1. 在 FileOutputStream 类的构造方法中指定目标文件时，目标文件可以不存在。
2. 目标文件的名称可以是任意的，例如 D:\\abc、D:\\abc.de 和 D:\\abc.de.fg 等都可以，可以使用记事本等工具打开并浏览这些文件中的内容。
3. 目标文件所在目录必须存在，否则会拋出 java.io.FileNotFoundException 异常。
4. 目标文件的名称不能是已存在的目录。例如 D 盘下已存在 Java 文件夹，那么就不能使用 Java 作为文件名，即不能使用 D:\\Java，否则抛出 java.io.FileNotFoundException 异常。

例 4

同样是读取 D:\myJava\HelloJava.java 文件的内容，在这里使用 FileInputStream 类实现，然后再将内容写入新的文件 D:\myJava\HelloJava.txt 中。具体的代码如下：

public class Test11 {
    public static void main(String[] args) {
        FileInputStream fis = null; // 声明FileInputStream对象fis
        FileOutputStream fos = null; // 声明FileOutputStream对象fos
        try {
            File srcFile = new File("D:/myJava/HelloJava.java");
            fis = new FileInputStream(srcFile); // 实例化FileInputStream对象
            File targetFile = new File("D:/myJava/HelloJava.txt"); // 创建目标文件对象，该文件不存在
            fos = new FileOutputStream(targetFile); // 实例化FileOutputStream对象
            byte[] bytes = new byte[1024]; // 每次读取1024字节
            int i = fis.read(bytes);
            while (i != -1) {
                fos.write(bytes, 0, i); // 向D:\HelloJava.txt文件中写入内容
                i = fis.read(bytes);
            }
            System.out.println("写入结束！");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                fis.close(); // 关闭FileInputStream对象
                fos.close(); // 关闭FileOutputStream对象
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

如上述代码，将 D:\myJava\HelloJava.java 文件中的内容通过文件输入/输出流写入到了 D:\myJava\HelloJava.txt 文件中。由于 HelloJava.txt 文件并不存在，所以在执行程序时将新建此文件，并写入相应内容。

运行程序，成功后会在控制台输出“写入结束！”。此时，打开 D:\myJava\HelloJava.txt 文件会发现，其内容与 HelloJava.java 文件的内容相同，如图 2 所示。 

图 2

技巧：在创建 FileOutputStream 对象时，如果将 append 参数设置为 true，则可以在目标文件的内容末尾添加数据，此时目标文件仍然可以暂不存在。