5. java lecture io

Консольный ввод-вывод
Байтовые и символьные потоки
Аналогично языку С++ ввод/вывод в
языке Java выполняется с
использованием потоков. Поток
ввода/вывода - это некоторый
условный канал, по которому
отсылаются и получаются данные.
В Java 2 реализованы 2 типа потоков: байтовые и символьные.
Байтовые потоки предоставляют удобные средства для
обработки, ввода и вывода байтов или других двоичных
объектов. Символьные потоки используются для обработки,
ввода и вывода символов или строк в кодировке Unicode.
Все классы для консольного I/O – пакет java.io: import java.io.*;
1

Байтовые потоки

2

Байтовые потоки.
Абстрактный класс InputStream.
public abstract int read()
throws IOException

Читает 1 байт из вх. потока.
Результат в младшем байте.

public int read (byte[ ] b)
throws IOException

Читает послед-ть байт в
массив b[ ]. Возвращает колво прочитанных байт или -1.

public int read (byte[ ] b,
int off, int len) throws
IOException

Заполняет массив с
указанного байта, читает не
более len символов

public long skip (long n)
throws IOException

Пропускает n байт в потоке

int available ()

Возвращает кол-во
доступных байт в потоке.

void close ()

Закрывает поток ввода.
3

Класс FileInputStream.
FileInputStream(String name) throws FileNotFoundException
FileInputStream (File file) throws FileNotFoundException
В классе FileInputStream переопределяется большая часть
методов класса Input-Stream (в т.ч. абстрактный метод
read() ). Когда создается объект класса FileInputStream, он
одновременно с этим открывается для чтения.

4

Класс FileInputStream.
import java.io.*;
System.out.println("Still Available: " + fp.available());
System.out.println("Total Still Available: " + fp.available());
class FileInputTest
System.out.println("Skipping another 1/4: skip()");
System.out.println("Reading the next 1/4: read(b[ ])");
{public static void main(String args[ ]) throws Exception
fp.skip(size/4);
byte b[ ] = new byte[size/4];
{int size;
System.out.println("Still Available: " + fp.available());
if (fp.read(b) == -1)
InputStream fp = new FileInputStream("FileInputTest.java");
System.out.println("Reading 1/8 into the end of array");
{System.out.println("End of File"); }
sizeif=(f1.read(b, b.length-size/8, size/8) == -1)
fp.available();
for (int i=0; i < size/4; i++)
System.out.println("Total Available Bytes: " + size);
{System.out.println("End of File”); }
{System.out.print((char) b[i]); }
System.out.println("First 1/4Available: "read()");
System.out.println("Still of the file: + f1.available());
for (int i=0; i < }
fp.close(); size/4; i++)
{System.out.print((char) fp.read()); }
}

5

Класс ByteArrayInputStream.
ByteArrayInputStream – это реализация входного потока, в
котором в качестве источника используется массив типа
byte. У этого класса два конструктора, каждый из которых
в качестве первого параметра требует байтовый массив.
ByteArrayInputStream(byte array[ ])
ByteArrayInputStream(byte array[ ], int start, int numBytes)

6

Класс ByteArrayInputStream.
import java.io.*;
class ByteArrayTest
{public static void main(String args [ ]) throws IOException
{byte b[ ] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
ByteArrayInputStream input1 =
new ByteArrayInputStream(b);
ByteArrayInputStream input2 =
new ByteArrayInputStream(b,0,3);
}
}
7

Абстрактный класс OutputStream.
public abstract void write (int
b) throws IOException

Записывает 1 байт в выходной
поток.

public void write (byte[ ] b)
throws IOException

Записывает в поток массив байт

public void write (byte[ ] b, int
off, int len)
throws IOException

Записывает часть массива в
поток (len элементов начиная с
элемента off)

public void flush()
throws IOException

Немедленно выталкивает из
буфера в поток все что накоплено
в буфере.

public void close()
throws IOException

Закрывает поток.

8

Класс FileOutputStream.
Класс FileOutputStream можно применять для записи байтов в
файл. У класса FileOutputStream есть 3 конструктора:
FileOutputStream (String filePath) throws FileNotFoundException
FileOutputStream (File fileObj) throws FileNotFoundException
FileOutputStream (String filePath, boolean append)
throws FileNotFoundException

- filePath – полное имя файла,
- fileObj – объект типа File, который описывает файл
- append (=true – добавление информации в существующий файл)
9

Класс FileOutputStream.
try
{FileInputStream Source = new FileInputStream("infile.dat");
FileOutputStream Dest = new FileOutputStream("outfile.dat");
int c;
while ((c = Source.read()) != -1)
{Dest.write(c); }
}
catch (FileNotFoundException ex)
{… }
finally
{Source.close(); Dest.close(); }

10

Класс ByteArrayOutputStream.
ByteArrayOutputStream( ); - 32 байта
ByteArrayOutputStream(int numBytes);
Метод, записывающий содержимое одного потока в другой:
public void writeTo(OutputStream out) throws IOException
byte buf [ ] = {‘a’,’b’,’c’,’d’};
ByteArrayOutputStream b = new ByteArrayOutputStream();
b.write(buf);
FileOutputStream f = new FileOutputStream(“result.txt”);
b.writeTo(f);
11

Символьные потоки.

В Java символы хранятся в кодировке Unicode.
Символьный поток I/O автоматически транслирует
Символы между форматом Unicode и локальной
кодировкой, пользовательского ПК.

12


13

Методы классов Reader и Writer аналогичны методам
классов InputStream и OutputStream с той разницей,
что все аргументы типа byte заменены на аргументы
типа char.
Классы CharArrayReader и CharArrayWriter
соответствуют классам ByteArrayInputStream и
ByteArrayOutputStream с той же разницей.
Классы FileReader и FileWriter являются символьными
версиями потоковых классов FileInputStream и
FileOutputStream.
14

Классы InputStreamReader и OutputStreamWriter –
переходники между байтовыми и символьными
потоками. Байтовый поток используется для
физического ввода-вывода, а символьный поток
преобразует байты в символы с учетом
кодировки.
InputStreamReader (InputStream obj)
OutputStreamWriter (OutputStream out)
15

Буферизованный ввод-вывод.
В библиотеке Java имеются также буферизованные потоки I/O.
Для буферизованных потоков операции чтения и записи
происходят с буфером, находящимся в памяти.
Когда буфер пуст выполняется реальная операция чтения из
потока, когда буфер полон – реальная операция записи в поток.
Буферизация может быть добавлена к любому байтовому либо
символьному потоку с помощью специальных классов
«оболочек» (“wrappers”). При этом конструктору
буферизованного потока передается не буферизованный поток.
16

Буферизованный ввод-вывод.
Буферизованные потоки I/O:
BufferedInputStream, BufferedOutputStream байтовые
BufferedReader, BufferedWriter – символьные
Конструкторы:
BufferedInputStream(InputStream in)
BufferedOutputStream(OutputStream out)
BufferedReader(Reader in)
BufferedWriter(Writer out)

17

Пример организации консольного
ввода-вывода
В пакете java.lang есть класс с именем System.
В классе System определены три переменные:
public static InputStream in;
public static PrintStream out;
public static PrintStream err;
System.out и System.err – байтовые потоки, эмулирующие
поддержку локального character set !
System.in – байтовый поток !
18

ввода
int a;
String str;
BufferedReader br =
= new BufferedReader( new InputStreamReader( System.in ) );
Буферизованный

Символьный поток

Байтовый поток

поток ввода

ввода

ввода

str = br.readLine();
a = Integer.parseInt(str);
19

вывода
Класс PrintStream содержит методы print()
и println() для всех базовых типов данных.
Т.о. для консольного вывода надо вызвать System.out.print()
или System.out.println()
System.out.println (“Значение а = ” +а);
System.out.print (str);

20

Класс Scanner начиная с JSDK 1.5
import java.util.Scanner;
…
Scanner sc = new Scanner(System.in);
…
System.out.println(“Input a:”);
int a = sc.nextInt();
System.out.println(“Input str:”);
String str = sc.next();

Подробнее см.
http://docs.oracle.com/javase/1.5.0/docs/api/index.html?java/util/Scanner.html
21

Класс File
Класс File представляет имя файла, но не
сам файл (если файл не существует, он не
создается, если существует с ним можно
проводить производить операции через
объект File) !
Конструкторы:
public File(String pathname)
public File(String pathname, String filename)
public File (File parent, String child)
22

Класс File
public boolean exists()

Существует ли файл?

public boolean canRead()

Возможен ли доступ на чтение?

public boolean canWrite()

Возможен ли доступ на запись

public boolean isHidden()

Является ли файл скрытым?

public boolean isFile()

Файл?

public boolean isDirectory()

Каталог?

public boolean delete()

Удаляет файл, если он
существует. Каталог удаляется
только если он пуст.

public String[ ] list()

Возвращает список файлов в
каталоге
23

Класс File

public boolean mkdir()

Создает пустой каталог

public boolean renameTo
(File newName)

Переименование файла

public boolean setReadOnly()

Устанавливает атрибут ReadOnly

24

Сериализация в Java
Что такое сериализация?
Сериализация это процесс сохранения
состояния объекта в последовательность
байт;
десериализация это процесс восстановления
объекта из этих байт. Java Serialization API
предоставляет стандартный механизм для
создания сериализуемых объектов.

25

Для чего нужна сериализация?
В Java всё представлено в виде объектов.
Если двум компонентам Java необходимо
общаться друг с другом, то им необходим
механизм для обмена данными.
Следовательно, должен быть универсальный
и эффективный протокол передачи объектов
между компонентами. Сериализация создана
для этого, и компоненты Java используют этот
протокол для передачи объектов.
26

3 механизма сериализации
Сериализация

1) используя протокол по
умолчанию
2) модифицируя протокол по
умолчанию
3) создавая свой собственный
протокол

27

1) Протокол по умолчанию
Чтобы объект стал сериализуемым,
необходимо, чтобы он реализовывал
интерфейс java.io.Serializable.
Интерфейс Serializable это интерфейсмаркер; в нём не задекларировано ни
одного метода. Но он говорит
сериализующему механизму, что класс
может быть сериализован.

28

1) Протокол по умолчанию.
Сохранение объекта
import java.io.Serializable;
import java.util.Date;
import java.util.Calendar;
public class PersistentTime implements Serializable {
private Date time;
public PersistentTime() {
time = Calendar.getInstance().getTime();
}
public Date getTime() {
return time;
}
}
29

Для сохранения объекта как последовательности байт
используется класс java.io.ObjectOutputStream
Этот класс является фильтрующим потоком (filter
stream) - он окружает низкоуровневый поток байтов
(называемый узловым потоком (node stream)) и
предоставляет нам поток сериализации. Узловые
потоки могут быть использованы для записи в файловую
систему, сокеты и т.д. Это означает, что можно,
например,
передавать разложенные на байты объекты по сети и
затем восстанавливать их на других компьютерах!30

import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
public class FlattenTime {
public static void main(String [] args) {
String filename = "time.ser";
PersistentTime time = new PersistentTime();
FileOutputStream fos = null;
ObjectOutputStream out = null;

31

try {
fos = new FileOutputStream(filename);
out = new ObjectOutputStream(fos);
out.writeObject(time);

//сериализация

out.close();
}
catch(IOException ex) {
ex.printStackTrace();
}
}
}

32

Восстановление объекта
Для восстановления объекта используется метод
readObject() класса java.io.ObjectInputStream. Метод
считывает последовательность байтов и создает объект,
полностью повторяющий оригинал. Поскольку readObject()
может считывать любой сериализуемый объект,
необходимо его присвоение соответствующему типу. Т.о.,
из
системы, в которой происходит восстановление объекта,
должен быть доступен файл класса. Т.е. при сериализации
не сохраняется ни файл класса объекта, ни его методы,
сохраняется лишь состояние объекта.

33

import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.util.Calendar;
public class InflateTime {
public static void main(String [] args) {
String filename = "time.ser";
PersistentTime time = null;
FileInputStream fis = null;
ObjectInputStream in = null;
34

try {
fis = new FileInputStream(filename);
in = new ObjectInputStream(fis);
time = (PersistentTime)in.readObject(); //десериализация
in.close();
}
catch(IOException ex) {
}
catch(ClassNotFoundException ex) {
}

35

// распечатать восстановленное время
System.out.println("Время сохранения: " + time.getTime());
System.out.println();
// распечатать текущее время
System.out.println("Текущее время: " +
Calendar.getInstance().getTime());
}
}

36

Ограничения сериализации
1) Если в состав сериализуемого класса A входит поле класса
B, то класс B тоже должен быть сериализуемым. Иначе в
процессе сериализации возникнет исключение
NotSerializableException .
2) В процессе сериализации/ десериализации не участвуют
статические поля класса, поскольку они фактически
являются не полями объектов (экземпляров класса), а
полями класса в целом.
3) Влияние наследования на сериализацию. Пусть класс A
объявлен, как сериализуемый. От него унаследован класс
B, для которого не указано implements Serializable . От B
порожден класс C - сериализуемый. Тогда при
сериализации будут сохранены все поля классов A и C , но
не B .
37

Несериализуемые поля
Класс java.lang.Object не реализует Serializable,
поэтому не все объекты Java могут быть
автоматически сохранены.
Например, некоторые системные классы, такие
как Thread, OutputStream и его подклассы, и
Socket - не сериализуемые.
Причина: сериализация таких классов
бессмысленна.

38

Проблема: есть класс, который содержит
экземпляр Thread? Можем ли мы в этом случае
сохранить объект такого типа?
Решение: мы имеем возможность сообщить
механизму сериализации о своих намерениях,
пометив объект Thread нашего класса как
несохраняемый - transient.

39

public class PersistentAnimation implements Serializable, Runnable {
transient private Thread animator;
private int animationSpeed;
public PersistentAnimation(int animationSpeed) {
this.animationSpeed = animationSpeed;
animator = new Thread(this);
animator.start();
}
public void run() { … }
}
40

2) Модификация протокола по
умолчанию.
Проблема: как перезапустить анимацию?
Когда мы создаем объект при помощи new,
конструктор объекта вызывается только при
создании нового экземпляра. Читая объект
методом readObject() мы не создаем нового
экземпляра, мы просто восстанавливаем
сохраненный объект. В результате
анимационный поток запустится лишь
однажды, при первом создании экземпляра этого
объекта.

41

умолчанию.
Решение:
private void writeObject(ObjectOutputStream out)
throws IOException;
private void readObject(ObjectInputStream in)
throws IOException, ClassNotFoundException;
Виртуальная машина при вызове
соответствующего метода автоматически
проверяет, не были ли они объявлены в классе
объекта.

42

умолчанию.
public class PersistentAnimation implements Serializable, Runnable {
transient private Thread animator;
private int animationSpeed;
public PersistentAnimation(int animationSpeed) {
this.animationSpeed = animationSpeed;
startAnimation();
}
public void run() { … }

43

умолчанию.
private void startAnimation() {
animator = new Thread(this);
animator.start();
}
private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
out.defaultWriteObject(); //мы не меняем нормальный процесс
}
private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException,
ClassNotFoundException {
in.defaultReadObject();

//мы лишь дополняем его

startAnimation();
}

44

умолчанию. Запрет сериализации для
класса.
Проблема:
class A implements Serializable {
…
}
class B extends A {
…
}
Как запретить сериализацию для класса В?

45

умолчанию. Запрет сериализации для
класса.
Решение:
private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException
{
throw new NotSerializableException(“Non serializable class!");
}
private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException
{
throw new NotSerializableException (“Non serializable class!");
}
46

3) Создание собственного протокола
Вместо реализации интерфейса Serializable, можно
реализовать интерфейс Externalizable, который содержит
два метода:
public void writeExternal(ObjectOutput out) throws
IOException;
public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException,
ClassNotFoundException;
Для создания собственного протокола надо переопределить
эти методы. Здесь ничего не делается автоматически.
Это наиболее сложный, но и наиболее контролируемый
способ.

47

Кэширование объектов в потоке
Проблема: Рассмотрим ситуацию, когда объект
однажды уже записанный в поток, спустя какое-то
время записывается в него снова. По умолчанию,
ObjectOutputStream сохраняет ссылки на объекты,
которые в него записываются. Это означает, что
если состояние записываемого объекта,
который уже был записан, будет записано снова,
новое состояние не сохраняется!

48

ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(...);
MyObject obj = new MyObject(); // должен быть Serializable
obj.setState(100);
out.writeObject(obj); // сохраняет объект с состоянием = 100
obj.setState(200);
out.writeObject(obj); // не сохраняет новое состояние объекта

49

Решение:
1) Можно каждый раз после вызова метода записи
убеждаться в том, что поток закрыт;
2) Можно вызвать метод
objectOutputStream.reset(), который
сигнализирует потоку о том, что необходимо
освободить кэш от ссылок, которые он хранит,
чтобы новые вызовы методов записи
действительно записывали данные. Будьте
осторожны, reset очищает весь кэш объекта,
поэтому все ранее записанные объекты могут
быть перезаписаны заново.
50

Производительность
Сериализация « по умолчанию» является
«медленной» операцией. Она в среднем в 2 – 2,5
раза медленнее записи в поток стандартными
средствами ввода-вывода.
Кроме того, так как ссылки на объекты кэшируются
в поток вывода, система не может выполнять сбор
мусора для записанных в поток объектов если
поток не был закрыт. Лучшее решение (как всегда
при помощи операций ввода/вывода) - это как
можно скорее закрывать потоки после выполнения
записи.

51

5. java lecture io

More Related Content

What's hot

Viewers also liked

Similar to 5. java lecture io

More from MERA_school

5. java lecture io