§ Byte-Datenströme § Zeichen-Datenströme § InputStream

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Hochschule für Technik+Architektur Luzern
Abteilung Informatik, Fach Programmieren
K30 DATENSTRÖME (STREAMS)
K30 DATENSTRÖME (STREAMS)
1 Einleitung
Das grundlegende Konzept für die Ein- und Ausgabe von Daten bilden bei Java die sogenannten Datenströme oder Streams.
Ein Programm liest eine Folge von Bytes aus einem Eingabestrom
(Input Stream) und schreibt Bytes in einen Ausgabestrom (Output
Stream). Der Hauptvorteil von Datenströmen ist die vollständige
Abstraktion von der Art des dahinterliegenden I/O-Gerätes.
Das Package java.io stellt neben diversen Klassen für Datenströme auch unterstützende Klassen sowie spezifische
IOException-Klassen bereit.
Java unterscheidet zwei Arten von Datenströmen:
§
Byte-Datenströme
§
Zeichen-Datenströme
Folgende Teilwörter in den Klassennamen weisen auf die erste
oder zweite Art von Datenstrom hin:
§
InputStream, OutputStream
§
Reader, Writer
Datenströme sind speziell von Bedeutung für folgende I/O:
§
Dateien (Files)
§
Tastatur/Konsole
§
Serialisierung von Objekten (Persistenz)
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2 Byte-Datenströme (8Bit-Streams)
Folgende Illustration (keine bestimmte Notation) zeigt, wie in der
Regel für I/O Stream-Objekte "hintereinander geschaltet" werden:
z.B.:
- Datei auf Festplatte
- Modem
- Netzwerk
- Scanner
- Tastatur
- RS232
Quelle
Bytes
aFileInputStream
Byte-Datenstrom
0...255
InputStream-Objekte
aDataInputStream
readDouble()
Programm
writeInt(123)
aDataOutputStream
Byte-Datenstrom
0...255
OutputStream-Objekte
aFileOutputStream
Senke
Bytes
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z.B.:
- Datei auf Festplatte
- Modem
- Netzwerk
- Drucker
- Konsole
- RS232
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Folgendes Klassendiagramm zeigt wichtige Klassen für ByteDatenströme (nur Ausschnitt):
Object
InputStream
OutputStream
read():int
close()
write()
flush()
close()
FileInputStream
FilterInputStream
read():int
FileOutputStream
FilterOutputStream
write()
DataInputStream
PrintStream
DataOutputStream
readDouble()
readByte()
checkError()
print()
println()
writeBoolean()
writeLong()
<<interface>>
DataOutput
writeBoolean()
writeLong()
<<interface>>
DataInput
readDouble()
readByte()
Bemerkungen:
§ DataInputStream und DataOutputStream unterstützen
den I/O mit elementaren Datentypen. Die Interfaces definieren
die entsprechenden Methoden.
§ FileInputStream und FileOutputStream unterstützen
den I/O mit Files.
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§ PrintStream ermöglicht die Ausgabe von ASCII-Text.
§ int-Werte im Zusammenhang mit read() und write() dürfen nur Werte im Bereich 0...255 (vgl. 1 Byte) annehmen! Im
Falle von EOS (End Of Stream) oder speziell EOF (End Of File)
liefert read() den Wert -1 zurück.
Folgendes Codestück illustriert, wie Stream-Objekte für einen Input "hintereinander geschaltet" werden, indem der Vorgänger als
aktueller Parameter dem Konstruktor des Nachfolgers übergeben wird:
FileInputStream aFileInputStream =
new FileInputStream("data.bin");
DataInputStream aDataInputStream =
new DataInputStream(aFileInputStream);
double d = aDataInputStream.readDouble();
Also:
data.bin ð aFileInputStream ð aDataInputStream ð d
Anwendungsbeispiele:
§ Mit Hilfe von Byte-Datenströmen können einfach binäre Dateien gehandhabt werden. Binäre Dateien kann man logisch als
eine beliebig lange Sequenz von Bytes betrachten.
§ Die angesprochene Objekt-Serialisierung basiert ebenfalls auf
Byte-Datenströmen.
§ Die vorinstanzierten Objekte System.in (InputStream) und
System.out (PrintStream) für den Standard-I/O bedienen
sich auch Byte-Datenströmen.
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3 Zeichen-Datenströme (16Bit-Streams)
Intern stellt Java Zeichen mit dem 16Bit-Unicode dar. Um der Internationalisierung gerecht zu werden, arbeiten deshalb die Reader- und Writer-Klassen mit Zeichen anstelle von Bytes:
z.B.:
- Datei auf Festplatte
- Modem
- Netzwerk
- Scanner
Quelle
Zeichen
aBufferedReader
Zeichen-Datenstrom
0...65535
Reader-Objekte
aStreamTokenizer
nextToken()
Programm
newLine()
aBufferedWriter
Zeichen-Datenstrom
0...65535
Writer-Objekte
aPrintWriter
Senke
Zeichen
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- Datei auf Festplatte
- Modem
- Netzwerk
- Drucker
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Folgendes Klassendiagramm zeigt wichtige Klassen für ZeichenDatenströme (nur Ausschnitt):
Object
Reader
Writer
StreamTokenizer
close()
flush()
write()
nextToken()
read():int
close()
BufferedReader
InputStreamReader
BufferedWriter
PrintWriter
OutputStreamWriter
close()
readLine():String
read():int
close()
flush()
write()
checkError()
print()
println()
close()
flush()
write()
FileReader
FileWriter
Bemerkungen:
§ Reader und Writer unterstützen den I/O mit Zeichen.
§ BufferedReader und BufferedWriter erhöhen die Performance.
§ InputStreamReader und OutputStreamWriter sind Adapter und ermöglichen die Koppelung von 8Bit- und 16BitStreams.
§ FileReader und FileWriter unterstützen den I/O mit Files.
§ PrintWriter ermöglicht die Ausgabe von Zeichen.
§ Im Falle von EOS (End Of Stream) oder speziell EOF (End Of
File) liefert read() den Wert -1 zurück.
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Folgendes Codestück illustriert, wie Stream-Objekte für einen
Output "hintereinander geschaltet" werden:
PrintWriter aPrintWriter =
new PrintWriter(aDest);
BufferedWriter aBufferedWriter =
new BufferedWriter(aPrintWriter);
aBufferedWriter.newLine();
Also:
newLine()ðaBufferedWriterðaPrintWriterðaDest
Anwendungsbeispiel:
§ Mit Hilfe von Zeichen-Datenströmen können einfach Textfiles
gehandhabt werden. Textfiles kann man logisch als eine beliebig lange Kette von Zeichen auffassen.
4 Standard-Datenströme
Die Klasse System aus dem Package java.lang stellt ohne explizites new folgende Byte-Datenströme bereit:
§
System.in ð Eingabe via Tastatur
§
System.out ð Ausgabe via Konsole
§
System.err ð spezieller Ausgabekanal für
Fehlermeldungen via Konsole (vgl. System.out kann umgeleitet sein.)
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Programmbeispiel:
import java.io.*;
public class ConsoleIO {
public static void main(String[] args) {
String fileName = prompt("Type a File Name: ");
System.out.println(fileName);
}
private static String prompt(String message) {
String reply = "";
try {
System.out.print(message);
// System.out & System.in operates on Bytes.
System.out.flush();
// Forces any buffered output to be written.
InputStreamReader aInputStreamReader =
new InputStreamReader(System.in);
// InputStreamReader operates on Characters.
BufferedReader aBufferedReader =
new BufferedReader(aInputStreamReader, 1);
// BufferedReader allows reading a whole Line.
reply = aBufferedReader.readLine();
// can throw IOException
}
catch (IOException e) {
System.out.println("Keyboard-Input: " +
e.getMessage());
System.exit(1);
// Causes the JVM to exit with Error-Code 1.
}
return reply;
}
}
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Folgende Tabellen helfen bei der Klassenauswahl:
Input
Daten liegen wie folgt vor:
ð folgende Klasse/Unterklasse:
Zeichen im ASCII oder Unicode FileReader, falls Quelle Datei
InputStreamReader, falls
Quelle 8Bit-Stream
binäre Daten
DataInputStream
persistente Objekte
ObjectInputStream
Output
Daten liegen wie folgt vor:
ð folgende Klasse/Unterklasse:
Zeichen im ASCII oder Unicode FileWriter, falls Senke Datei
OutputStreamWriter, falls
Senke 8Bit-Stream
binäre Daten
DataOutputStream
persistente Objekte
ObjectOutputStream
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