В данную категорию (табл. 16.2) попадают классы, определяющие, куда направляются ваши данные: в массив байтов (но не напрямую в String; предполагается, что вы сможете создать их из массива байтов), в файл или в канал. Вдобавок класс FilterOutputStreamпредоставляет базовый класс для классов-«надстроек», которые способны наделять существующие потоки новыми полезными атрибутами и интерфейсами. Подробности мы отложим на потом.
Добавление атрибутов и интерфейсов
«Наслаивание» дополнительных объектов для получения новых свойств и функций у определенных объектов называется надстройкой, или декораторомВ библиотеке ввода/вывода Java постоянно требуется совмещение нескольких свойств, поэтому в ней и используются надстройки. Существование
Все употребляемые далее термины: «настраивание», «наслаивание», «фильтрация» или «декорирование» — по сути, означают одно и то же — перегрузку всех методов InputStream для придания дополнительной функциональности при работе с данными потоков. При этом класс FilterInputStream осуществляет перегрузку без посторонней помощи, а данные соответствующим образом трансформируются. Подклассы FilterInputStream могут, в свою очередь, перегрузить эти же методы и добавить дополнительные методы и поля. — Примеч. ред.
в библиотеке ввода/вывода Java классов-фильтров объясняется тем, что абстрактный класс фильтра является базвовым классом для всех существующих надстроек. (Надстройка должна включать в себя интерфейс «декорируемого» объекта, но расширение этого интерфейса также не запрещено и практикуется некоторыми классами-«фильтрами».) Однако у такого подхода есть свои недостатки. Надстройки предоставляют дополнительную гибкость при написании программы (можно легко совмещать различные атрибуты), но при этом код получается излишне сложным. Некоторое неудобство библиотеки ввода/вывода Java объясняется тем, что для получения желаемого объекта приходится создавать много дополнительных объектов — «ядро» ввода/вывода и несколько надстроек. Интерфейс для надстроек предоставляют классы FilterInputStream (для входных потоков) и FilterOutputStream (для выходных потоков). Это абстрактные классы, производные от основных базовых классов библиотеки ввода/вывода InputStream и OutputStream. Наследование от этих классов — основное требование к классу-надстройке (поскольку таким образом обеспечивается общий интерфейс для «наслаиваемых» объектов).
Чтение из InputStream с использованием FilterInputStream
Классы, производные от FilterInputStream (табл. 16.3), выполняют две различные миссии. DataInputStream позволяет читать из потока различные типы простейших данных и строки. (Все методы этого класса начинаются с префикса read — например, readByte(), readFloat() и т. п.) Этот класс, вместе с «парным» классом DataOutputStream, предоставляет возможность направленной передачи простейших данных посредством потоков. Место доставки определяется классами, описанными в табл. 16.1.
Другие классы изменяют внутренние механизмы входного потока: применение буферизации, подсчет количества прочитанных строк (что позволяет запросить или задать номер строки), возможность возврата в поток только что прочитанных символов. Вероятно, последние два класса создавались в основном для построения компиляторов (то есть их добавили в библиотеку в процессе написания компилятора Java), и прока в повседневном программировании от них немного.
Ввод данных почти всегда осуществляется с буферизацией, вне зависимости от присоединенного устройства ввода/вывода, поэтому имеет смысл сделать отдельный класс (или просто специальный метод) не для буферизованного ввода данных, а, наоборот, для прямого.
(целые (int, long), символы (char) и т. д.) из потока, без привязки к внутреннему представлению Используется для предотвращения физического обращения к устройству при каждом новом запросе данных
Следит за количеством считанных из потока строк; вы можете узнать их число, вызвав метод getLineNumber(), а также перейти к определенной строке с помощью метода setLineNumber(int) Имеет односимвольный буфер, который позволяет вернуть в поток только что прочитанный символ
Входной поток InputStream, размер буфера (необязательно). По существу, никакого интерфейса этот класс не предоставляет, он просто присоединяет к потоку буфер. Добавьте дополнительно объект, предоставляющий интерфейс Входной поток InputStream. Этот класс просто считывает строки, поэтому к нему стоит добавить еще одну, более полезную, надстройку
Входной поток InputStream. Обычно используется при сканировании файлов для компилятора. Скорее всего, вам он не понадобится
Запись в OutputStream с помощью FilterOutputStream
У класса DataInputStream существует «парный» класс DataOutputStream (табл. 16.4), который позволяет форматировать и записывать в поток примитивы и строки таким образом, что на любой машине и на любой платформе их сможет прочитать и правильно обработатьDataInputStream. Все его методы начинаются с префикса write (запись): writeByte(), writeFloat() и т. п. Класс PrintStream изначально был предназначен для вывода значений в формате, понятном для человека. В данном аспекте он отличается от класса DataOutputStream, потому что цель последнего — разместить данные в потоке так, чтобы DataInputStream смог их правильно распознать. Основные методы класса PrintStream — print() и println(), они перегружены для наиболее часто используемых типов. После вывода значения метод println() осуществляет перевод на новую строку, в то время как метод print() этого не делает. На практике класс PrintStream довольно-таки неудобен, поскольку он перехватывает и скрывает все возбуждаемые исключения. (Приходится явно вызывать метод checkError(), который возвращает true, если во время исполнения какого-либо из методов класса произошла ошибка.) К тому же этот класс как следует не интернационализован и не выполняет перевод строки платформно-независимым способом (все эти проблемы решены в классе PrintWriter, описанном ниже). Класс BufferedOutputStream модифицирует поток так, чтобы использовалась буферизация при записи данных, которая предотвращает слишком частые обращения к физическому устройству. Вероятно, именно его следует порекомендовать для вывода в поток каких-либо данных.
Используется в сочетании с классом DataInputStream, позволяет записывать в поток примитивы (целые, символы и т. д.) независимо от платформы При записи форматирует данные. Если класс DataOutputStream отвечает за хранение данных, то этот класс отвечает за отображение данных Используется для буферизации вывода, то есть для предотвращения прямой записи в устройство каждый раз при записи данных. Для записи содержимого буфера в устройство используется метод flush() Выходной поток OutputStream. Содержит все необходимое для записи простейших типов данных Выходной поток OutputStream, а также необязательный логический (boolean) аргумент, показывающий, нужно ли очищать буфер записи при переходе на новую строку. Должен быть последним в «наслоении» объектов для выходного потока OutputStream. Вероятно, вы будете часто его использовать Выходной поток OutputStream, а также размер буфера записи (необязательно). Не предоставляет интерфейса как такового, просто указывает, что при выводе необходимо использовать буферизацию. К классу следует присоединить более содержательный класс-«фильтр»
Классы Reader и Writer
При выпуске Java версии 1.1 в библиотеке ввода/вывода были сделаны значительные изменения. Когда в первый раз видишь новые классы, основанные на базовых классах Reader и Writer, возникает мысль, что они пришли на замену классам InputStream и OutputStream. Тем не менее это не так. Хотя некоторые аспекты изначальной библиотеки ввода/вывода, основанной на потоках, объявлены устаревшими (и при их использовании компилятор выдаст соответствующее предупреждение), классы InputStream и OutputStream все еще предоставляют достаточно полезные возможности для проведения байт-ориентированного ввода/ вывода. Одновременно с этим классы Reader и Writer позволяют проводить операции символьно ориентированного ввода/вывода, в кодировке Юникод. Дополнительно:
· В Java 1.1 в иерархию потоков, основанную на классах InputStream и OutputStream, были добавлены новые классы. Очевидно, эта иерархия не должна была уйти в прошлое.
· В некоторых ситуациях для решения задачи используются как «байтовые», так и «символьные» классы. Для этого в библиотеке появились классы-адаптеры: InputStreamReader конвертирует InputStream в Reader, a OutputStreamWriter трансформирует OutputStream вWriter.
Основной причиной появления иерархий классов Reader и Writer стала интернационализация. Старая библиотека ввода/вывода поддерживала только 8-битовые символы и зачастую неверно обращалась с 16-битовыми символами Юникода. Именно благодаря символам Юникода возможна интернационализация программ (простейший тип Javachar (символ) также основан на Юникоде), поэтому новые классы отвечают за их правильное использование в операциях ввода/вывода. Вдобавок новые средства спроектированы так, что работают быстрее старых классов.
Источники и приемники данных
Практически у всех изначальных потоковых классов имеются соответствующие классы Reader и Writer со схожими функциями, однако работающие с символами Юникода. Впрочем, во многих ситуациях правильным (а зачастую и единственным) выбором становятся классы, ориентированные на прием и посылку байтов; в особенности это относится к библиотекам сжатия данных java.util.zip. Поэтому лучше всего будет такая тактика: пытаться использовать классы Reader и Writer где только возможно. Обнаружить место, где эти классы неприменимы, будет нетрудно — компилятор выдаст вам сообщение об ошибке.
В табл. 16.5 показано соответствие между источниками и получателями информации двух иерархий библиотеки ввода/вывода Java.
основном интерфейсы соответствующих друг другу классов из двух разных иерархий очень сходны, если не совпадают.
Изменение поведения потока
Для потоков InputStream и OutputStream существуют классы-«декораторы» на основе классов FilterInputStream и FilterOutputStream. Они позволяют модифицировать изначальный поток ввода/вывода так, как это необходимо в данной ситуации. Иерархия на основе классовReader и Writer также взяла на вооружение данный подход, но по-другому.
В табл. 16.6 соответствие классов уже не такое точное, как это было в предыдущей таблице. Причина — организация классов: в то время как BufferedOutputStream является подклассом FilterOutputStream, класс BufferedWriter не наследует от базового класса FilterWriter (от него вообще не происходит ни одного класса, хотя он и является абстрактным — видимо, его поместили в библиотеку просто для полноты картины). Впрочем, интерфейсы классов очень похожи.
Один совет очевиден: для чтения строк больше не следует употреблять класс DataInputStream (при такой попытке компилятор сообщит вам, что этот метод для чтения строк устарел), вместо него используйте класс BufferedReader. Во всех других ситуациях классDataInputStream остается выбором «номер один» из всего многообразия библиотеки ввода/вывода.
Чтобы облегчить переход к классу PrintWriter, в него добавили конструктор, который принимает в качестве аргумента выходной поток OutputStream (обычный конструктор принимает класс Writer). Интерфейс форматирования PrintWriter практически идентичен интерфейсуPrintStream.
В Java SE5 были добавлены конструкторы PrintWriter, упрощающие создание файлов при выводе (см. далее).
Кроме того, в конструкторе класса PrintWriter можно указать дополнительный флаг, чтобы содержимое буфера каждый раз сбрасывалось при записи новой строки (методом println()).
Классы, оставленные без изменений
Некоторые классы избежали перемен и остались в версии Java 1.1 в том же виде, что и в версии 1.0:
• DataOutputStream;
• File;
• RandomAccessFile;
• SequenceInputStream.
Обращает на себя внимание тот факт, что изменения не коснулись класса DataOutputStream, используемого для пересылки данных независимым от платформы и машины способом, поэтому для передачи данных между компьютерами по-прежнему остаются актуальными иерархии InputStream и OutputStream.
RandomAccessFile: сам по себе
Класс RandomAccessFile предназначен для работы с файлами, содержащими записи известного размера, между которыми можно перемещаться методом seek(), а также выполнять операции чтения и модификации. Записи не обязаны иметь фиксированную длину; вы просто должны уметь определить их размер и то, где они располагаются в файле.
Поначалу с трудом верится, что класс RandomAccessFile не является полноценным представителем иерархии потоков ввода/вывода на основе классов InputStream и OutputStream. Но тем не менее никаких связей с этими классами и их иерархиями у него нет, разве что он реализует интерфейсы DataInput и DataOutput (также реализуемые классами DataInputStream и DataOutputStream). Он не использует функциональность существующих классов из иерархии InputStream и OutputStream — это полностью независимый класс, написанный «с чистого листа», со своими собственными методами. Причина кроется, скорее всего, в том, что класс RandomAccessFile позволяет свободно перемещаться по файлу как в прямом, так и в обратном направлении, что для других типов ввода/вывода невозможно. Так или иначе, он стоит особняком и напрямую наследует от корневого класса Object.
По сути, класс RandomAccessFile похож на пару совмещенных в одном классе потоков DataInputStream и DataOutputStream, к которым на всем «протяжении» применимы: метод getFilePointer(), показывающий, где вы «находитесь» в данный момент; метод seek(), позволяющий перемещаться на заданную позицию файла; и метод length(), определяющий максимальный размер файла. Вдобавок, конструктор этого класса требует второй аргумент (схоже с методом fopen() в С), устанавливающий режим использования файла: только для чтения (строка «r») или для чтения и для записи (строка «rw»). Поддержки файлов только для записи нет, поэтому разумно предположить, что класс RandomAccessFile можно было бы унаследовать от DataInputStream без потери функциональности.
Прямое позиционирование допустимо только для класса RandomAccessFile, и работает оно только в случае файлов. Класс BufferedInputStream позволяет вам пометить некоторую позицию потока методом mark(), а затем вернуться к ней методом reset(). Однако эта возможность ограничена (позиция запоминается в единственной внутренней переменной) и потому нечасто востребована.Большая часть (если не вся) функциональности класса RandomAccessFile в JDK-1.4 также реализуется отображаемыми в память файлами (memory-mapped files) из нового пакета nio. Мы обсудим их чуть позже.
Типичное использование потоков ввода/вывода
Хотя из классов библиотеки ввода/вывода, реализующих потоки, можно составить множество разнообразных конфигураций, обычно используется несколько наиболее употребимых. Следующие примеры можно рассматривать как простое руководство по созданию типичных сочетаний классов для организации ввода/вывода и координации их взаимодействия. В этих примерах используется упрощенная обработка исключений с передачей их на консоль, но такой способ подойдет только для небольших программ и утилит. В реальном коде следует использовать более совершенные средства обработки ошибок.
