Ввод-вывод в Java. Классы FileInputStream, FileOutputStream, BufferedInputStream

Привет! В сегодняшней лекции продолжим разговор о потоках ввода и вывода в Java, или сокращенно — Java I/O («input-output»). Это не первая лекция на данную тему, и далеко не последняя :) Так уж получилось, что Java как язык предоставляет много возможностей по работе с вводом-выводом. Классов, которые реализуют эту функциональность довольно много, поэтому мы разделили их на несколько лекций, чтобы ты поначалу не запутался :)В прошлых лекциях мы коснулись BufferedReader’a, а также абстрактных классов InputStream & OutputStream и нескольких наследников. Сегодня рассмотрим 3 новых класса: FileInputStream, FileOutputStream и BufferedInputStream.

Класс FileOutputStream

Главное назначение класса FileOutputStream — запись байтов в файл. Ничего сложного :) FileOutputStream является одной из реализаций абстрактного класса OutputStream. В конструкторе объекты этого класса принимают либо путь к целевому файлу (в который и нужно записать байты), либо объект класса File. Рассмотрим оба примера:

public class Main {

   public static void main(String[] args) throws IOException {


       File file = new File("C:\\Users\\Username\\Desktop\\test.txt");
       FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(file);

       String greetings = "Привет! Добро пожаловать на JavaRush - лучший сайт для тех, кто хочет стать программистом!";

       fileOutputStream.write(greetings.getBytes());

       fileOutputStream.close();
   }
}

При создании объекта File мы указали в конструкторе путь, где он должен будет находиться. Создавать его заранее нет необходимости: если он не существует, программа создаст его сама. Можно обойтись и без создания лишнего объекта, и просто передать строку с адресом:

public class Main {

   public static void main(String[] args) throws IOException {


       FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("C:\\Users\\Username\\Desktop\\test.txt");

       String greetings = "Привет! Добро пожаловать на JavaRush - лучший сайт для тех, кто хочет стать программистом!";

       fileOutputStream.write(greetings.getBytes());

       fileOutputStream.close();
   }
}

Результат в обоих случаях будет одинаковым. Мы можем открыть наш файл и увидеть там:

Привет! Добро пожаловать на JavaRush — лучший сайт для тех, кто хочет стать программистом!

Однако есть здесь один нюанс. Попробуй запустить код из примера выше несколько раз подряд, а потом загляни в файл, и ответь на вопрос: сколько записанных в него строк ты видишь? Всего одну. Но ведь ты запускал код несколько раз. Однако при этом данные, оказывается, всякий раз перезаписывались, заменяя старые. Что делать, если нас это не устраивает, и требуется последовательная запись? Что если мы хотим записать наше приветствие в файл три раза подряд? Здесь все просто. Поскольку сам язык не может знать, какое именно поведение нам нужно в каждом случае, в конструктор FileOutputStream ты можешь передать дополнительный параметр — boolean append. Если его значение true, данные будут дозаписаны в конец файла. Если false (а по умолчанию это значение и есть false), старые данные будут стерты, а новые записаны. Давай проверим и запустим наш измененный код трижды:

public class Main {

   public static void main(String[] args) throws IOException {


       FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("C:\\Users\\Username\\Desktop\\test.txt", true);

       String greetings = "Привет! Добро пожаловать на JavaRush - лучший сайт для тех, кто хочет стать программистом!\r\n";

       fileOutputStream.write(greetings.getBytes());

       fileOutputStream.close();
   }
}

Результат в файле:

Привет! Добро пожаловать на JavaRush - лучший сайт для тех, кто хочет стать программистом!
Привет! Добро пожаловать на JavaRush - лучший сайт для тех, кто хочет стать программистом!
Привет! Добро пожаловать на JavaRush - лучший сайт для тех, кто хочет стать программистом!

Другое дело! Не забывай об этой особенности при использовании классов ввода-вывода. В свое время и мне приходилось часами сидеть над задачами, чтобы понять, куда деваются из файлов мои старые данные :) Ну и конечно, как и в случае с другими классами I/O, не забываем об освобождении ресурсов через метод close().

Класс FileInputStream

У класса FileInputStream назначение противоположное — чтение байтов из файла. Так же как FileOutputStream наследует OutputStream, этот класс происходит от абстрактного класса InputStream. Запишем в наш текстовый «test.txt» несколько строк текста:

«So close no matter how far
Couldn't be much more from the heart
Forever trusting who we are
And nothing else matters»

Вот как будет выглядеть реализация чтения данных из файла при помощи FileInputStream:

public class Main {

   public static void main(String[] args) throws IOException {

       FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("C:\\Users\\Username\\Desktop\\test.txt");

       int i;

       while((i=fileInputStream.read())!= -1){

           System.out.print((char)i);
       }
   }
}

Мы считываем из файла по одному байту, преобразуем считанные байты в символы и выводим их в консоль. А вот и результат в консоли:

So close no matter how far
Couldn't be much more from the heart
Forever trusting who we are
And nothing else matters

Класс BufferedInputStream

Думаю, учитывая знания из прошлых лекций, ты легко сможешь сказать, зачем нужен класс BufferedInputStream и какие преимущества у него есть по сравнению с FileInputStream :) Мы уже встречались с буферизированными потоками, поэтому попробуй предположить (или вспомнить), прежде чем продолжить чтение :) Буферизированные потоки нужны прежде всего для оптимизации ввода-вывода. Обращение к источнику данных, например, чтение из файла, — дорогостоящая в плане производительности операция. И каждый раз обращаться к файлу для чтения по одному байту расточительно. Поэтому BufferedInputStream считывает данные не по одному байту, а блоками и временно хранит их в специальном буфере. Это позволяет нам оптимизировать работу программы за счет того, что мы уменьшаем количество обращений к файлу. Давай посмотрим, как это выглядит:

public class Main {

   public static void main(String[] args) throws IOException {

       FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("C:\\Users\\Username\\Desktop\\test.txt");

       BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(fileInputStream, 200);

       int i;

       while((i = bufferedInputStream.read())!= -1){

           System.out.print((char)i);
       }
   }
}

Здесь мы создали объект BufferedInputStream. Он принимает на вход объект InputStream или любого его наследника, так что предыдущий FileInputStream подойдет. В качестве дополнительного параметра он принимает размер буфера в байтах. Теперь благодаря этому данные будут считываться из файла не по одному байту, а по 200! Представь, насколько мы сократили количество обращений к файлу. Для сравнения производительности ты можешь взять какой-нибудь большой текстовый файл размером несколько мегабайт и сравнить, сколько займет его чтение и вывод в консоль в миллисекундах с использованием FileInputStream и BufferedInputStream. Вот оба варианта кода для примера:

public class Main {

   public static void main(String[] args) throws IOException {

       Date date = new Date();

       FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("C:\\Users\\Username\\Desktop\\textBook.rtf");

       BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(fileInputStream);

       int i;

       while((i = bufferedInputStream.read())!= -1){

           System.out.print((char)i);
       }

       Date date1 = new Date();

       System.out.println((date1.getTime() - date.getTime()));
   }
}



public class Main {

   public static void main(String[] args) throws IOException {

       Date date = new Date();

       FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("C:\\Users\\Username\\Desktop\\26951280.rtf");

      
       int i;

       while((i = fileInputStream.read())!= -1){

           System.out.print((char)i);
       }

       Date date1 = new Date();

       System.out.println((date1.getTime() - date.getTime()));
   }
}

При чтении файла размером 1,5 Мб на моем компьютере FileInputStream выполнил работу за ~3500 миллисекунд, а вот BufferedInputStream — за ~1700 миллисекунд. Как видишь, буферизированный поток оптимизировал работу программы в 2 раза! :) Мы еще продолжим изучать классы ввода-вывода — до встречи!