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对编程语言的设计者来说，创建一套好的输入输出(I/O)系统，是一项难度极高的任务。
这一点可以从解决方案的数量之多上看出端倪。这个问题难就难在它要面对的可能性太多了。不仅是因为有那么多I/O的源和目地(文件，控制台，网络连接等等)，而且还有很多方法(顺序的『sequential』，随机的『random-access』，缓存的『buffered』，二进制的『binary』，字符方式的『character』，行的『by lines』，字的『by words』，等等)。
Java类库的设计者们用"创建很多类"的办法来解决这个问题。坦率地说Java I/O系统的类实在是太多了，以至于初看起来会把人吓着（但是，具有讽刺意味的是，这种设计实际上是限制了类的爆炸性增长）。此外，Java在1.0版之后又对其I/O类库作了重大的修改，原先是面向byte的，现在又补充了面向Unicode字符的类库。为了提高性能，完善功能，JDK 1.4又加了一个nio(意思是"new I/O"。这个名字会用上很多年)。这么以来，如果你想对Java的I/O类库有个全面了解，并且做到运用自如，你就得先学习大量的类。此外，了解I/O类库的演化的历史也是相当重要的。可能你的第一反应是"别拿什么历史来烦我了，告诉我怎么用就可以了！"但问题是，如果你对这段历史一无所知，很快就会被一些有用或是没用的类给搞糊涂了。
本章会介绍Java标准类库中的各种I/O类，及其使用方法。
在介绍直接从流里读写数据的类之前，我们先介绍一下处理文件和目录的类。
File类有一个极具欺骗性的名字；或许你会认为这是一个关于文件的类，但它不是。你可以用它来表示某个文件的名字，也可以用它来表示目录里一组文件的名字。如果它表示的是一组文件，那么你还可以用list( )方法来进行查询，让它会返回String数组。由于元素数量是固定的，因此数组会比容器更好一些。如果你想要获取另一个目录的清单，再建一个File对象就是了。实际上，叫它 "FilePath"可能会更好一些。下面我们举例说明怎样使用这个类及其相关的FilenameFilter接口。
假设你想看看这个目录。有两个办法。一是不带参数调用list( )。它返回的是File对象所含内容的完整清单。但是，如果你要的是一个"限制性列表(restricted list)"的话 —— 比方说，你想看看所有扩展名为.java的文件 —— 那么你就得使用"目录过滤器"了。这是一个专门负责挑选显示File对象的内容的类。
下面就是源代码。看看，用了java.utils.Arrays.sort( )和11章的AlphabeticComparator之后，我们没费吹灰之力就对结果作了排序(按字母顺序)：
//: c12:DirList.java
// Displays directory listing using regular expressions.
// {Args: "D.*\.java"}
import java.io.*;
import java.util.*;
import java.util.regex.*;
import com.bruceeckel.util.*;
public class DirList {
public static void main(String[] args) {
File path = new File(".");
String[] list;
if(args.length == 0)
list = path.list();
else
list = path.list(new DirFilter(args[0]));
Arrays.sort(list, new AlphabeticComparator());
for(int i = 0; i < list.length; i++)
System.out.println(list[i]);
}
}
class DirFilter implements FilenameFilter {
private Pattern pattern;
public DirFilter(String regex) {
pattern = Pattern.compile(regex);
}
public boolean accept(File dir, String name) {
// Strip path information, search for regex:
return pattern.matcher(
new File(name).getName()).matches();
}
} ///:~
DirFilter实现了FilenameFilter接口。我们来看看FilenameFilter究竟有多简单：
public interface FilenameFilter {
boolean accept(File dir, String name);
}
也就是说，这类对象的任务就是提供一个accept( )的方法。之所以要创建这个类，就是要给list( )提供一个accept( )方法，这样当list( )判断该返回哪些文件名的时候，能够"回过头来调用"accept( )方法。因此，这种结构通常被称为回调(callback)。更准确地说，由于list( )实现了基本功能，而FilenameFilter提供了"对外服务所需的算法"，因此这是一种"策略模式(Strategy Pattern)"。由于list( )拿FilenameFilter对象当参数，因此你可以将任何实现FilenameFilter接口的对象传给它，并以此(甚至是在运行时)控制list( )的工作方式。回调能提高程序的灵活性。
DirFilter还告诉我们，interface只是包含了一些方法，它没说你只能写这些方法。(但是，你至少要定义接口里有的方法。) 这里我们还定义了DirFilter的构造函数。
accept( )方法需要两个参数，一个是File对象，表示这个文件是在哪个目录里面的；另一个是String，表示文件名。虽然你可以忽略它们中的一个，甚至两个都不管，但是你大概总得用一下文件名吧。记住，list( )会对目录里的每个文件调用accept( )，并以此判断是不是把它包括到返回值里；这个判断依据就是accept( )的返回值。
切记，文件名里不能有路径信息。为此你只要用一个String对象来创建File对象，然后再调用这个File对象的getName( )就可以了。它会帮你剥离路径信息（以一种平台无关的方式）。然后再在accept( )里面用正则表达式(regular expression)的matcher对象判断，regex是否与文件名相匹配。兜完这个圈子，list( )方法返回了一个数组。
这是用匿名内部类(详见第八章)来重写程序的绝佳机会。下面我们先创建一个返回FilenameFilter的filter( )方法。
//: c12:DirList2.java
// Uses anonymous inner classes.
// {Args: "D.*\.java"}
import java.io.*;
import java.util.*;
import java.util.regex.*;
import com.bruceeckel.util.*;
public class DirList2 {
public static FilenameFilter filter(final String regex) {
// Creation of anonymous inner class:
return new FilenameFilter() {
private Pattern pattern = Pattern.compile(regex);
public boolean accept(File dir, String name) {
return pattern.matcher(
new File(name).getName()).matches();
}
}; // End of anonymous inner class
}
public static void main(String[] args) {
File path = new File(".");
String[] list;
if(args.length == 0)
list = path.list();
else
list = path.list(filter(args[0]));
Arrays.sort(list, new AlphabeticComparator());
for(int i = 0; i < list.length; i++)
System.out.println(list[i]);
}
} ///:~
注意，filter( )的参数必须是final的。要想在匿名内部类里使用其作用域之外的对象，只能这么做。
这是对前面所讲的代码的改进，现在FilenameFilter类已经与DirList2紧紧地绑在一起了。不过你还可以更进一步，把这个匿名内部类定义成list( )的参数，这样代码会变得更紧凑：
//: c12:DirList3.java
// Building the anonymous inner class "in-place."
// {Args: "D.*\.java"}
import java.io.*;
import java.util.*;
import java.util.regex.*;
import com.bruceeckel.util.*;
public class DirList3 {
public static void main(final String[] args) {
File path = new File(".");
String[] list;
if(args.length == 0)
list = path.list();
else
list = path.list(new FilenameFilter() {
private Pattern pattern = Pattern.compile(args[0]);
public boolean accept(File dir, String name) {
return pattern.matcher(
new File(name).getName()).matches();
}
});
Arrays.sort(list, new AlphabeticComparator());
for(int i = 0; i < list.length; i++)
System.out.println(list[i]);
}
} ///:~
现在该轮到main( )的参数成final了，因为匿名内部类要用它的arg[0]了。
这个例子告诉我们，可以用匿名内部类来创建专门供特定问题用的，一次性的类。这种做法的好处是，它能把解决某个问题的代码全都集中到一个地方。但是从另一角度来说，这样做会使代码的可读性变差，所以要慎重。
File类的功能不仅限于显示文件或目录。它还能帮你创建新的目录甚至是目录路径(directory path)，如果目录不存在的话。此外它还能用来检查文件的属性(大小，上次修改的日期，读写权限等)，判断File对象表示的是文件还是目录，以及删除文件。下面这段程序演示了File类的一些其他方法(请查阅JDK文档，以了解其全部功能)：
//: c12:MakeDirectories.java
// Demonstrates the use of the File class to
// create directories and manipulate files.
// {Args: MakeDirectoriesTest}
import com.bruceeckel.simpletest.*;
import java.io.*;
public class MakeDirectories {
private static Test monitor = new Test();
private static void usage() {
System.err.println(
"Usage:MakeDirectories path1 ...\n" +
"Creates each path\n" +
"Usage:MakeDirectories -d path1 ...\n" +
"Deletes each path\n" +
"Usage:MakeDirectories -r path1 path2\n" +
"Renames from path1 to path2");
System.exit(1);
}
private static void fileData(File f) {
System.out.println(
"Absolute path: " + f.getAbsolutePath() +
"\n Can read: " + f.canRead() +
"\n Can write: " + f.canWrite() +
"\n getName: " + f.getName() +
"\n getParent: " + f.getParent() +
"\n getPath: " + f.getPath() +
"\n length: " + f.length() +
"\n lastModified: " + f.lastModified());
if(f.isFile())
System.out.println("It's a file");
else if(f.isDirectory())
System.out.println("It's a directory");
}
public static void main(String[] args) {
if(args.length < 1) usage();
if(args[0].equals("-r")) {
if(args.length != 3) usage();
File
old = new File(args[1]),
rname = new File(args[2]);
old.renameTo(rname);
fileData(old);
fileData(rname);
return; // Exit main
}
int count = 0;
booleandel = false;
if(args[0].equals("-d")) {
count++;
del = true;
}
count--;
while(++count < args.length) {
File f = new File(args[count]);
if(f.exists()) {
System.out.println(f + " exists");
if(del) {
System.out.println("deleting..." + f);
f.delete();
}
}
else { // Doesn't exist
if(!del) {
f.mkdirs();
System.out.println("created " + f);
}
}
fileData(f);
}
if(args.length == 1 &&
args[0].equals("MakeDirectoriesTest"))
monitor.expect(new String[] {
"%% (MakeDirectoriesTest exists"+
"|created MakeDirectoriesTest)",
"%% Absolute path: "
+ "\\S+MakeDirectoriesTest",
"%% Can read: (true|false)",
"%% Can write: (true|false)",
" getName: MakeDirectoriesTest",
" getParent: null",
" getPath: MakeDirectoriesTest",
"%% length: \\d+",
"%% lastModified: \\d+",
"It's a directory"
});
}
} ///:~
在fileData( )演示了全套查询文件和目录路径信息的方法。
main( )的第一条指令就是执行renameTo( )。它会把文件重命名成(或者说移动到)新的目录，也就是参数所给出的目录。而参数本身就是一个File对象。这个方法也适用于目录。
如果你试过上面那段程序，就会发现，你能用它创建任意复杂的目录路径，因为mkdirs( )已经帮你打理好了。
I/O类库常使用"流(stream)"这种抽象。所谓"流"是一种能生成或接受数据的，代表数据的源和目标的对象。流把I/O设备内部的具体操作给隐藏起来了。
正如JDK文档所显示的，Java的I/O类库分成输入和输出两大部分。所有InputStream和Reader的派生类都有一个基本的，继承下来的，能读取单个或byte数组的read( )方法。同理，所有OutputStream和Writer的派生类都有一个基本的，能写入单个或byte数组的write( )方法。但通常情况下，你是不会去用这些方法的；它们是给其它类用的 —— 而后者会提供一些更实用的接口。因此，你很少会碰到只用一个类就能创建一个流的情形，实际上你得把多个对象叠起来，并以此来获取所需的功能。Java的流类库之所以会那么让人犯晕，最主要的原因就是"你必须为创建一个流而动用多个对象"。
我们最好还是根据其功能为这些class归个类。Java 1.0的类库设计者们是从决定"让所有与输入相关的类去继承InputStream"入手的。同理，所有与输出相关的类就该继承OutputStream了。
使用"分层对象(layered objects)"，为单个对象动态地，透明地添加功能的做法，被称为Decorator Pattern。(模式[61]是Thinking in Patterns (with Java)的主题。)Decorator模式要求所有包覆在原始对象之外的对象，都必须具有与之完全相同的接口。这使得decorator的用法变得非常的透明--无论对象是否被decorate过，传给它的消息总是相同的。这也是Java I/O类库要有"filter(过滤器)"类的原因：抽象的"filter"类是所有decorator的基类。(decorator必须具有与它要包装的对象的全部接口，但是decorator可以扩展这个接口，由此就衍生出了很多"filter"类)。
Decorator模式常用于如下的情形：如果用继承来解决各种需求的话，类的数量会多到不切实际的地步。Java的I/O类库需要提供很多功能的组合，于是decorator模式就有了用武之地。 但是decorator有个缺点，在提高编程的灵活性的同时(因为你能很容易地混合和匹配属性)，也使代码变得更复杂了。Java的I/O类库之所以会这么怪，就是因为它"必须为一个I/O对象创建很多类"，也就是为一个"核心"I/O类加上很多decorator。
为InputStream和OutputStream定义decorator类接口的类，分别是FilterInputStream和FilterOutputStream。这两个名字都起得不怎么样。FilterInputStream和FilterOutputStream都继承自I/O类库的基类InputStream和OutputStream，这是decorator模式的关键(惟有这样decorator类的接口才能与它要服务的对象的完全相同)。
FilterInputStream及其派生类有两项重要任务。DataInputStream可以读取各种primitive及String。(所有的方法都以"read"打头，比如readByte( )， readFloat( ))。它，以及它的搭档DataOutputStream，能让你通过流将primitive数据从一个地方导到另一个地方。这些"地方"都列在表12-1里。
其它的类都是用来修改InputStream的内部行为的：是不是做缓冲，是不是知道它所读取的行信息(允许你读取行号或设定行号)，是不是会弹出单个字符。后两个看上去更像是给编译器用的(也就是说，它们大概是为Java编译器设计的)，所以通常情况下，你是不大会用到它们的。
不论你用哪种I/O设备，输入的时候，最好都做缓冲。所以对I/O类库来说，比较明智的做法还是把不缓冲当特例(或者去直接调用方法)，而不是像现在这样把缓冲当作特例。
