Считывание с клавиатуры — «ридеры»

Привет! В лекциях и задачах мы научились выводить данные в консоль, и наоборот — считывать данные с клавиатуры. Ты даже научился использовать для этого сложную конструкцию:

BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

Но на один вопрос мы так и не ответили.

А как это вообще работает?

На самом деле, любая программа чаще всего существует не сама по себе. Она может общаться с другими программами, системами, интернетом и т.д. Под словом “общаться” мы в первую очередь подразуемеваем “обмениваться данными”. То есть, принимать какие-то данные извне, а собственные данные — наоборот, куда-то отправлять. Примеров обмена данными между программами много даже в повседневной жизни. Так, на многих сайтах ты можешь вместо регистрации авторизоваться при помощи своего аккаунта в Facebook или Twitter. В этой ситуации две программы, скажем, Twitter и сайт, на котором ты пытаешься зарегистрироваться, обмениваются необходимыми данными между собой, после чего ты видишь конечный результат — успешную авторизацию. Для описания процесса обмена данными в программировании часто используется термин “поток”. Откуда вообще взялось такое название? “Поток” больше ассоциируется с рекой или ручьем, чем с программированием. На самом деле, это неспроста :) Поток — это, по сути, перемещающийся кусок данных. То есть в программировании по потоку “течет” не вода, а данные в виде байтов и символов. Из потока данных мы можем получать данные частями и что-то с ними делать. Опять же, применим "водно-текучую" аналогию: из реки можно зачерпнуть воды, чтобы сварить суп, потушить пожар или полить цветы. При помощи потоков ты можешь работать с любыми источниками данных: интернет, файловая система твоего компьютера или что-то еще — без разницы. Потоки — инструмент универсальный. Они позволяют программе получать данные отовсюду (входящие потоки) и отправлять их куда угодно (исходящие). Их задача одна — брать данные в одном месте и отправлять в другое. Потоки делятся на два вида:

1. Входящий поток (Input) — используется для приема данных
2. Исходящий поток (Output) — для отправки данных.

Входящий поток данных в Java реализован в классе InputStream, исходящий — в классе OutputStream. Но есть и другой способ деления потоков. Они делятся не только на входящие и исходящие, но также на байтовые и символьные. Тут смысл понятен и без разъяснений: байтовый поток передает информацию в виде набора байт, а символьный — в виде набора символов. В этой лекции мы подробно остановимся на входящих потоках. А информацию про исходящие я приложу ссылки в конце, и ты сможешь прочитать об этом сам:) Итак, наш код:

BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

Ты, наверное, еще во время чтения лекций подумал, что выглядит это довольно устрашающе? :) Но это только до тех пор, пока мы не разобрались, как эта штука работает. Сейчас исправим! Начнем с конца. System.in — это объект класса InputStream, о котором мы говорили в начале. Это входящий поток, и он привязан к системному устройству ввода данных — клавиатуре. Вы с ним, кстати, косвенно знакомы. Ведь ты часто используешь в работе его “коллегу” — System.out! System.out — это системный поток вывода данных, он используется для вывода на консоль в том самом методе System.out.println(), которым ты постоянно пользуешься:) System.out — поток для отправки данных на консоль, а System.in — для получения данных с клавиатуры. Все просто:) Более того: чтобы считать данные с клавиатуры, мы можем обойтись без этой большой конструкции и написать просто: System.in.read();

public class Main {

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

       while (true) {
           int x = System.in.read();
           System.out.println(x);
       }
   }
}

В классе InputStream (а System.in, напомню, является объектом класса InputStream) есть метод read(), который позволяет считывать данные. Одна проблема: он считывает байты, а не символы. Попробуем считать с клавиатуры русскую букву “Я”. Вывод в консоль:

Я
208
175
10

Русские буквы занимают в памяти компьютера 2 байта (в отличие от английских, которые занимают всего 1). В данном случае из потока считалось 3 байта: два первых обозначают нашу букву “Я”, и еще один — перенос строки (Enter). Поэтому вариант использовать “голый” System.in нам не подойдет. Человек (за редкими исключениями!) не умеет читать байты. Тут-то нам на помощь и приходит следующий класс — InputStreamReader! Давай разберемся, что это за зверь такой.

BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

Мы передаем поток System.in объекту InputStreamReader. В общем-то, если перевести его название на русский, все выглядит очевидно — “считыватель входящих потоков”. Собственно, именно для этого он и нужен! Мы создаем объект класса InputStreamReader и передаем ему входящий поток, из которого он должен считывать данные. В данном случае...

new InputStreamReader(System.in)

...мы говорим ему: “ты будешь считывать данные из системного входящего потока (с клавиатуры)”. Но это не единственная его функция! InputStreamReader не только получает данные из потока. Он еще и преобразует байтовые потоки в символьные. Иными словами, тебе уже не нужно самому заботиться о переводе считанных данных с “компьютерного” языка на “человеческий” — InputStreamReader сделает все за тебя. InputStreamReader, конечно, может читать данные не только из консоли, но и из других мест. Например, из файла:

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;

public class Main {

   public static void main(String[] args) throws IOException {
       InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(new FileInputStream("C:\\Users\\username\\Desktop\\testFile.txt"));
   }
}

Здесь мы создали входящий поток данных FileInputStream (это одна из разновидностей InputStream), передали в него путь к файлу, а сам поток передали InputStreamReader’у. Теперь он сможет читать данные из этого файла, если файл по этому пути существует, конечно. Для чтения данных (неважно откуда, из консоли, файла или откуда-то еще) в классе InputStreamReader тоже используется метод read(). В чем же разница между System.in.read() и InputStreamReader.read()? Давай попробуем считать ту же самую букву “Я” с помощью InputStreamReader. Напомню, вот что считал System.in.read():

Я
208
175
10

А как ту же самую работу проделает InputStreamReader?

public class Main {

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

       InputStreamReader reader = new InputStreamReader(System.in);
       while (true) {
           int x = reader.read();
           System.out.println(x);
       }
   }
}

Вывод в консоль:

Я
1071
10

Разница видна сразу. Последний байт — для переноса строки — остался без изменений (число 10), а вот считанная буква “Я” была преобразована в единый код “1071”. Это и есть считывание по символам! Если вдруг не веришь, что код 1071 обозначает букву “Я” — в этом легко убедиться:)

import java.io.IOException;

public class Main {

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

       char x = 1071;
       System.out.println(x);
   }
}

Вывод в консоль:

Я

Но если InputStreamReader так хорош, зачем нужен еще BufferedReader? InputStreamReader умеет и считывать данные, и конвертировать байты в символы — а что нам еще нужно-то? Зачем еще один Reader? :/ Ответ очень прост — для большей производительности и большего удобства. Начнем с производительности. BufferedReader при считывании данных использует специальную область — буфер, куда “складывает” прочитанные символы. В итоге, когда эти символы понадобятся нам в программе — они будут взяты из буфера, а не напрямую из источника данных (клавиатуры, файла и т.п.), а это экономит очень много ресурсов. Чтобы понять как это работает — представь, для примера, работу курьера в крупной компании. Курьер сидит в офисе и ждет, когда ему принесут посылки на доставку. Каждый раз, получив новую посылку, он может сразу же отправляться в дорогу. Но посылок в течение дня может быть много, и ему придется каждый раз мотаться между офисом и адресами. Вместо этого курьер поставил в офисе коробку, куда все желающие складывают свои посылки. Теперь курьер может спокойно взять коробку и отправляться по адресам — он сэкономит очень много времени, ведь ему не придется каждый раз возвращаться в офис. Коробка в этом примере как раз является буфером, а офис — источником данных. Курьеру намного проще при доставке брать письмо из общей коробки, чем каждый раз ехать в офис. Еще и бензин сэкономит. Так же и в программе — гораздо менее затратно по ресурсам брать данные из буфера, а не обращаться всякий раз к источнику данных. Поэтому BufferedReader+InputStreamReader работает быстрее, чем просто InputStreamReader. С производительностью разобрались, а что с удобством? Главный плюс в том, что BufferedReader умеет читать данные не только по одному символу (хотя метод read() для этих целей у него тоже есть), а еще и целыми строками! Делается это с помощью метода readLine();

public class Main {

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

       BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
       String s = reader.readLine();
       System.out.println("Мы считали с клавиатуры эту строку:");
       System.out.println(s);
   }
}

Вывод в консоль:

JavaRush — лучший сайт для изучения Java!
Мы считали с клавиатуры эту строку:
JavaRush — лучший сайт для изучения Java!

Это особенно удобно в случае чтения большого объема данных. Одну-две строчки текста еще можно считать посимвольно. А вот считать “Войну и мир” по одной букве будет уже несколько проблематично :) Теперь работа потоков стала гораздо более понятной для тебя. Для дальнейшего изучения — вот тебе дополнительный источник:

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

Здесь ты можешь прочитать подробнее о входящих и исходящих потоках. Видеообзор BufferedReader’a от одного из наших учеников. Да-да, наши ученики не только учатся сами, но и записывают обучающие видео для других! Не забудь поставить лайк и подписаться на наш канал :)

• BufferedReader/InputStreamReader — одна из лекций JavaRush, посвященная BufferedReader и InputStreamReader
• Class InputStreamReader
• Class BufferedReader — документация Oracle о классах BufferedReader и InputStreamReader.

Лучше с самого начала учебы приучать себя к чтению официальной документации. Она является главным источником знаний по языку, и большинство ответов всегда можно найти там.