Программы, написанные нами в предыдущих главах, воспринимали информацию только из параметров командной строки и графических компонентов, а результаты выводили на консоль или в графические компоненты. Однако во многих случаях требуется выводить результаты на принтер, в файл, базу данных или передавать по сети. Исходные данные тоже часто приходится загружать из файла, базы данных или из сети.

Для того чтобы отвлечься от особенностей конкретных устройств ввода/вывода, в Java употребляется понятие потока (stream). Считается, что в программу идет входной поток (input stream) символов Unicode или просто байтов, воспринимаемый в программе методами read(). Из программы методами write о или print (), println() выводится выходной поток (output stream) символов или байтов. При этом неважно, куда направлен поток: на консоль, на принтер, в файл или в сеть, методы write () и print () ничего об этом не знают.

Можно представить себе поток как трубу, по которой в одном направлении последовательно "текут" символы или байты, один за другим. Методы read () , write () , print (), println () взаимодействуют с одним концом трубы, другой конец соединяется с источником или приемником данных конструкторами классов, в которых реализованы эти методы. 

Конечно, полное игнорирование особенностей устройств ввода/вывода сильно замедляет передачу информации. Поэтому в Java все-таки выделяется файловый ввод/вывод, вывод на печать, сетевой поток.

Три потока определены в классе system статическими полями in, out и err. Их можно использовать без всяких дополнительных определений, что мы и делали на протяжении всей книги. Они называются соответственно стандартным вводом (stdin), стандартным выводом (stdout) и стандартным выводом сообщений (stderr). Эти стандартные потоки могут быть соединены с разными конкретными устройствами ввода и вывода.

Потоки out и err — это экземпляры класса Printstream, организующего выходной поток байтов. Эти экземпляры выводят информацию на консоль методами print (), println () и write (), которых в классе Printstream имеется около двадцати для разных типов аргументов.

Поток err предназначен для вывода системных сообщений программы: трассировки, сообщений об ошибках или, просто, о выполнении каких-то этапов программы. Такие сведения обычно заносятся в специальные журналы, log-файлы, а не выводятся на консоль. В Java есть средства переназначения потока, например, с консоли в файл.

Поток in — это экземпляр класса inputstream. Он назначен на клавиатурный ввод с консоли методами read(). Класс inputstream абстрактный, поэтому реально используется какой-то из его подклассов.

Понятие потока оказалось настолько удобным и облегчающим программирование ввода/вывода, что в Java предусмотрена возможность создания потоков, направляющих символы или байты не на внешнее устройство, а в массив или из массива, т. е. связывающих программу с областью оперативной памяти. Более того, можно создать поток, связанный со строкой типа string, находящейся, опять-таки, в оперативной памяти. Кроме того, можно создать канал (pipe) обмена информацией между подпроцессами.

Еще один вид потока — поток байтов, составляющих объект Java. Его можно направить в файл или передать по сети,'а потом восстановить в оперативной памяти. Эта операция называется сериализацией (serialization) объектов.

Методы организации потоков собраны в классы пакета java.io.

Кроме классов, организующих поток, в пакет java.io входят классы с методами преобразования потока, например, можно преобразовать поток байтов, образующих целые числа, в поток этих чисел.

Еще одна возможность, предоставляемая классами пакета java.io, — слить несколько потоков в один поток.

Итак, в Java есть целых четыре иерархии классов для создания, преобразования и слияния потоков. Во главе иерархии четыре класса, непосредственно расширяющих класс object:

• Reader — абстрактный класс, в котором собраны самые общие методы символьного ввода;
• writer — абстрактный класс, в котором собраны самые общие методы символьного вывода;
• inputstream — абстрактный класс с общими методами байтового ввода; 
• Outputstream — абстрактный класс с общими методами байтового вывода.

Классы входных потоков Reader и inputstream определяют по три метода ввода:

• read () — возвращает один символ или байт, взятый из входного потока, в виде целого значения типа int; если поток уже закончился, возвращает -1;
• read (chart] buf) — заполняет заранее определенный массив buf символами из входного потока; в классе inputstream массив типа bytet] и заполняется он байтами; метод возвращает фактическое число взятых из потока элементов или -1, если поток уже закончился;
• read (char[] buf, int offset, int len) — заполняет часть символьного или байтового массива buf, начиная с индекса offset, число взятых из потока элементов равно len; метод возвращает фактическое число взятых из потока элементов или -1.

Эти методы выбрасывают IOException, если произошла ошибка ввода/вывода.

Четвертый метод skip (long n) "проматывает" поток с текущей позиции на п символов или байтов вперед. Эти элементы потока не вводятся методами read(). Метод возвращает реальное число пропущенных элементов, которое может отличаться от п, например поток может закончиться.

Текущий элемент потока можно пометить методом mark (int n), а затем вернуться к помеченному элементу методом reset о, но не более чем через п элементов. Не все подклассы реализуют эти методы, поэтому перед расстановкой пометок следует обратиться к логическому методу marksupported (), который возвращает true, если реализованы методы расстановки и возврата к пометкам.

Классы выходных потоков writer и outputstream определяют по три почти одинаковых метода вывода:

• write (char[] buf) — выводит массив в выходной поток, в классе Outputstream массив имеет тип byte[];
• write (char[] buf, int offset, int len) — выводит len элементов массива buf, начиная с элемента с индексом offset;
• write (int elem) в классе Writer - выводит 16, а в классе Outputstream 8 младших битов аргумента elem в выходной поток, 

В классе writer есть еще два метода: 

• write (string s) — выводит строку s в выходной поток;
• write (String s, int offset, int len) — выводит len символов строки s, начиная с символа с номером offset.

Многие подклассы классов writer и outputstream осуществляют буферизованный вывод. При этом элементы сначала накапливаются в буфере, в оперативной памяти, и выводятся в выходной поток только после того, как буфер заполнится. Это удобно для выравнивания скоростей вывода из программы и вывода потока, но часто надо вывести информацию в поток еще до заполнения буфера. Для этого предусмотрен метод flush о. Данный метод сразу же выводит все содержимое буфера в поток.

Наконец, по окончании работы с потоком его необходимо закрыть методом closed.

Классы, входящие в иерархии потоков ввода/вывода, показаны на рис. 18.1 и 18.2.

Рис. 18.1. Иерархия символьных потоков

Рис. 18.2. Классы байтовых потоков

Все классы пакета java.io можно разделить на две группы: классы, создающие поток (data sink), и классы, управляющие потоком (data processing).

Классы, создающие потоки, в свою очередь, можно разделить на пять групп:

•  классы, создающие потоки, связанные с файлами:

  FileReader        FilelnputStream 

  FileWriterFile    Outputstream

                    RandomAccessFile

• классы, создающие потоки, связанные с массивами:

  CharArrayReader   ByteArraylnputStream 

  CharArrayWriter   ByteArrayOutputStream

• классы, создающие каналы обмена информацией между подпроцессами:

  PipedReader     PipedlnputStream 

  PipedWriter     PipedOutputStream

• классы, создающие символьные потоки, связанные со строкой:

  StringReader    

  StringWriter

• классы, создающие байтовые потоки из объектов Java:

                          ObjectlnputStream 

                          ObjectOutputStream

Слева перечислены классы символьных потоков, справа — классы байтовых потоков.

Классы, управляющие потоком, получают в своих конструкторах уже имеющийся поток и создают новый, преобразованный поток. Можно представлять их себе как "переходное кольцо", после которого идет труба другого диаметра.

Четыре класса созданы специально для преобразования потоков:

FilterReader        FilterlnputStream 

FilterWriter        FilterOutputStream

Сами по себе эти классы бесполезны — они выполняют тождественное преобразование. Их следует расширять, переопределяя методы ввода/вывода. Но для байтовых фильтров есть полезные расширения, которым соответствуют некоторые символьные классы. Перечислим их.

Четыре класса выполняют буферизованный ввод/вывод:

BufferedReader         BufferedlnputStream 

BufferedWriter         BufferedOutputStream

Два класса преобразуют поток байтов, образующих восемь простых типов Java, в эти самые типы:

DatalnputStream        DataOutputStream

Два класса содержат методы, позволяющие вернуть несколько символов или байтов во входной поток:

PushbackReader         PushbacklnputStream

Два класса связаны с выводом на строчные устройства — экран дисплея, принтер:

PrintWriter             PrintStream

Два класса связывают байтовый и символьный потоки:

• inputstreamReader — преобразует входной байтовый поток в символьный поток;
• Outputstreamwriter — преобразует выходной символьный поток в байтовый поток.

Класс streamTokenizer позволяет разобрать входной символьный поток на отдельные элементы (tokens) подобно тому, как класс stringTokenizer, рассмотренный нами в главе 5, разбирал строку.

Из управляющих классов выделяется класс sequenceinputstream, сливающий несколько потоков, заданных в конструкторе, в один поток, и класс

LineNumberReader, "умеющий" читать выходной символьный поток построчно. Строки в потоке разделяются символами '\n' и/или '\г'.

Этот обзор классов ввода/вывода немного проясняет положение, но не объясняет, как их использовать. Перейдем к рассмотрению реальных ситуаций.

Консольный ввод/вывод

Для вывода на консоль мы всегда использовали метод printino класса Pnntstream, никогда не определяя экземпляры этого класса. Мы просто использовали статическое поле out класса system, которое является объектом класса PrintStream. Исполняющая система Java связывает это поле с консолью.

Кстати говоря, если вам надоело писать system.out.printino, то вы можете определить новую ссылку на system, out, например:

PrintStream pr - System.out;

и писать просто pr. printin ().

Консоль является байтовым устройством, и символы Unicode перед выводом на консоль должны быть преобразованы в байты. Для символов Latin 1 с кодами '\u0000' — '\u00FF' при этом просто откидывается нулевой старший байт и выводятся байты '0х00' —'0xFF'. Для кодов кириллицы, которые лежат в диапазоне '\u0400¹ —'\u04FF¹ кодировки Unicode, и других национальных алфавитов производится преобразование по кодовой таблице, соответствующей установленной на компьютере л окал и. Мы обсуждали это в главе 5.

Трудности с отображением кириллицы возникают, если вывод на консоль производится в кодировке, отличной от локали. Именно так происходит в русифицированных версиях MS Windows NT/2000. Обычно в них устанавливается локаль с кодовой страницей СР1251, а вывод на консоль происходит в кодировке СР866.

В этом случае надо заменить Printstream, который не может работать с сим- , вольным потоком, на Printwriter и "вставить переходное кольцо" между потоком символов Unicode и потоком байтов system, out, выводимых на консоль, в виде объекта класса OutputstreamWriter. В конструкторе этого объекта следует указать нужную кодировку, в данном случае, СР866. Все это можно сделать одним оператором:

PrintWriter pw = new PrintWriter(

new OutputstreamWriter(System.out, "Cp866"), true);

Класс Printstream буферизует выходной поток. Второй аргумент true его конструктора вызывает принудительный сброс содержимого буфера в выходной поток после каждого выполнения метода printin(). Но после print() буфер не сбрасывается! Для сброса буфера после каждого print() надо писать flush(), как это сделано в листинге 18.2.

Замечание

Методы класса PrintWriter по умолчанию не очищают буфер, а метод print () не очищает его в любом случае. Для очистки буфера используйте метод flush().

После этого можно выводить любой текст методами класса PrintWriter, которые просто дублируют методы класса Printstream, и писать, например,

pw.println("Это русский текст");

как показано в листинге 18.1 и на рис. 18.3.

Следует заметить, что конструктор класса PrintWriter, в котором задан байтовый поток, всегда неявно создает объект класса OutputstreamWriter с локальной кодировкой для преобразования байтового потока в символьный поток.

Ввод с консоли производится методами read о класса inputstream с помощью статического поля in класса system. С консоли идет поток байтов, полученных из scan-кодов клавиатуры. Эти байты должны быть преобразованы в символы Unicode такими же кодовыми таблицами, как и при выводе на консоль. Преобразование идет по той же схеме — для правильного ввода кириллицы удобнее всего определить экземпляр класса BufferedReader, используя в качестве "переходного кольца" объект класса inputstreamReader:

BufferedReader br = new BufferedReader(

new InputstreamReader(System.an, "Cp866"));

Класс BufferedReader переопределяет три метода read о своего суперкласса Reader. Кроме того, он содержит метод readLine ().

Метод readLine о возвращает строку типа string, содержащую символы входного потока, начиная с текущего, и заканчивая символом '\п' и/или '\r'. Эти символы-разделители не входят в возвращаемую строку. Если во входном потоке нет символов, то возвращается null.

В листинге 18.1 приведена программа, иллюстрирующая перечисленные методы консольного ввода/вывода. На рис. 18.3 показан вывод этой программы.

Листинг 18.1. Консольный ввод/вывод

import j ava.io.*;

class PrWr{

public static void main(String[] args){ 

try{

BufferedReader br =

new BufferedReader(new InputstreamReader(System.in, "Cp866")); 

PrintWriter pw = new PrintWriter(

new OutputstreamWriter(System.out, "Cp866"), true); 

String s = "Это строка с русским текстом"; 

System.out.println("System.out puts: " + s); 

pw.println("PrintWriter puts: " + s) ; 

int с = 0;

pw.println("Посимвольный ввод:"); 

while((с = br.read()) != -1)

pw.println((char)c); 

pw.println("Построчный ввод:"); 

do{

s = br.readLine(); 

pw.println(s); 

}while(!s.equals("q")); 

}catch(Exception e){

System.out.println(e); 

} 

} 

}

Поясним рис. 18.3. Первая строка выводится потоком system.out. Как видите, кириллица выводится неправильно. Следующая строка предварительно преобразована в поток байтов, записанных в кодировке СР866.

Затем, после текста "Посимвольный ввод:" с консоли вводятся символы "Россия" и нажимается клавиша <Enter>. Каждый вводимый символ отображается на экране — операционная система работает в режиме так называемого "эха". Фактический ввод с консоли начинается только после нажатия клавиши <Enter>, потому что клавиатурный ввод буферизуется операционной системой. Символы сразу после ввода отображаются по одному на строке. Обратите внимание на две пустые строки после буквы я. Это выведены символы '\п' и '\г', которые попали во входной поток при нажатии клавиши <Enter>. У них нет никакого графического начертания (glyph).

Потом нажата комбинация клавиш <Ctrl>+<Z>. Она отображается на консоль как "^Z" и означает окончание клавиатурного ввода, завершая цикл ввода символов. Коды этих клавиш уже не попадают во входной поток.

Далее, после текста "Построчный ввод:" с клавиатуры набирается строка "Это строка" и, вслед за нажатием клавиши <Enter>, заносится в строку s. Затем строка s выводится обратно на консоль.

Для окончания работы набираем q и нажимаем клавишу <Enter>.

Рис. 18.3. Консольный  ввод/вывод