Введення-виведення в Java. Класи FileInputStream, FileOutputStream, BufferedInputStream

Привіт! У сьогоднішній лекції продовжимо розмову про потоки введення і виведення в Java, або скорочено – Java I/O («input-output»). Це не перша лекція на цю тему, і далеко не остання :) Так уже вийшло, що Java як мова надає багато можливостей для роботи з введенням-виведенням. Класів, які реалізують цю функціональність досить багато, тому ми розділили їх на кілька лекцій, щоб ти за самого початку не заплутався :) У минулих лекціях ми торкнулися BufferedReader'a, а також абстрактних класів InputStream & OutputStream і кількох наслідників. Сьогодні розглянемо 3 нові класи: FileInputStream, FileOutputStream и BufferedInputStream.

Клас FileOutputStream

Головне призначення класу FileOutputStream – запис байтів у файл. Нічого складного :) FileOutputStream є однією з реалізацій абстрактного класу OutputStream. У конструкторі об'єкти цього класу приймають або шлях до цільового файлу (в який і потрібно записати байти), або об'єкт класу File. Розглянемо обидва приклади:

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 = "Привіт! Ласкаво просимо на JavaRush – найкращий сайт для тих, хто хоче стати програмістом!";

       fileOutputStream.write(greetings.getBytes());

       fileOutputStream.close();
   }
}

Під час створення об'єкта File ми вказали в конструкторі шлях, де він повинен буде знаходитися. Створювати його заздалегідь немає необхідності: якщо він не існує, програма створить його сама. Можна обійтися і без створення зайвого об'єкта, і просто передати рядок з адресою:

public class Main {

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


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

       String greetings = "Привіт! Ласкаво просимо на JavaRush – найкращий сайт для тих, хто хоче стати програмістом!";

       fileOutputStream.write(greetings.getBytes());

       fileOutputStream.close();
   }
}

Результат в обох випадках буде однаковим. Ми можемо відкрити наш файл і побачити там: Однак є тут один нюанс. Спробуй запустити код із прикладу вище кілька разів поспіль, а потім зазирни у файл і дай відповідь на запитання: скільки записаних у нього рядків ти бачиш? Лише один. Але ж ти запускав код кілька разів. Однак у такому разі дані, виявляється, щоразу перезаписувалися, замінюючи старі. Що робити, якщо нас це не влаштовує, і потрібен послідовний запис? Що якщо ми хочемо записати наше привітання у файл три рази поспіль? Тут усе просто. Оскільки сама мова не може знати, яка саме поведінка нам потрібна в кожному випадку, у конструктор FileOutputStream ти можеш передати додатковий параметр – boolean append. Якщо його значення true, дані будуть дописані в кінець файлу. Якщо false (а за замовчуванням це значення і є false), старі дані будуть стерті, а нові записані. Давай перевіримо і запустимо наш змінений код тричі:

public class Main {

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


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

       String greetings = "Привіт! Ласкаво просимо на JavaRush – найкращий сайт для тих, хто хоче стати програмістом!\r\n";

       fileOutputStream.write(greetings.getBytes());

       fileOutputStream.close();
   }
}

Результат у файлі: Інша справа! Не забувай про цю особливість під час використання класів введення-виведення. Свого часу і мені доводилося годинами сидіти над завданнями, щоб зрозуміти, куди діваються з файлів мої старі дані :) Ну і звичайно, як і у випадку з іншими класами I/O, не забуваємо про звільнення ресурсів через метод close().

Клас FileInputStream

У класу FileInputStream призначення протилежне – читання байтів із файлу. Так само як FileOutputStream успадковує OutputStream, цей клас походить від абстрактного класу InputStream. Запишемо в наш текстовий «test.txt» декілька рядків тексту: Ось як виглядатиме реалізація читання даних із файлу за допомогою 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);
       }
   }
}

Ми зчитуємо з файлу по одному байту, перетворюємо зчитані байти на символи і виводимо їх у консоль. А ось і результат у консолі:

Клас BufferedInputStream

Думаю, з огляду на знання з минулих лекцій, ти легко зможеш сказати, навіщо потрібен клас BufferedInputStream і які переваги він має порівняно з FileInputStream:) Ми вже зустрічалися з буферизованими потоками, тому спробуй припустити (або пригадати), перш ніж продовжити читання :) Буферизовані потоки потрібні насамперед для оптимізації введення-виведення. Звернення до джерела даних, наприклад, читання з файлу, – дорога в плані продуктивності операція. І щоразу звертатися до файлу для читання по одному байту марнотратно. Тому BufferedInputStream зчитує дані не по одному байту, а блоками і тимчасово зберігає їх у спеціальному буфері. Це дає нам змогу оптимізувати роботу програми завдяки тому, що ми зменшуємо кількість звернень до файлу. Давай подивимося, який це має вигляд:

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);
       }
   }
}

Тут ми створили об'єкт BufferedInputStream. Він приймає на вхід об'єкт InputStream або будь-якого його наслідника, тож попередній FileInputStream підійде. Як додатковий параметр він приймає розмір буфера в байтах. Тепер завдяки цьому дані будуть зчитуватися з файлу не по одному байту, а по 200! Уяви, наскільки ми скоротили кількість звернень до файлу. Для порівняння продуктивності ти можеш узяти якийсь великий текстовий файл розміром кілька мегабайт і порівняти, скільки займе його читання і виведення в консоль у мілісекундах з використанням FileInputStream і BufferedInputStream. Ось обидва варіанти коду для прикладу:

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()));
   }
}

Під час читання файлу розміром 1,5 Мб на моєму комп'ютері FileInputStream виконав роботу за ~3500 мілісекунд, а ось BufferedInputStream – за ~1700 мілісекунд. Як бачиш, буферизований потік оптимізував роботу програми в 2 рази! :) Ми ще продовжимо вивчати класи введення-виведення – до зустрічі!