Các luồng vào ra

Các luồng vào ra

Chương 3

Các luồng vào ra

1 Khái niệm về luồng trong Java

Khi lập bất kỳ chương trình nào trong một ngôn ngữ nào thì vấn đề vào ra dữ liệu giữa chương trình và nguồn dữ liệu cũng như đích dữ liệu là vấn đề mà người lập trình cần phải quan tâm Làm thế nào để ta có thể truyền dữ liệu cho một chương trình Java Có hai cách hiệu quả để thực hiện điều này:

• Thông qua một tài nguyên tuần tự nào đó như file hoặc qua một máy tính khác

• Thông qua giao diện người máy

Mục đích của chương này là xem xét cách truyền dữ liệu cho một chương trình thông qua một máy tính khác hay tập tin

1.1 Khái niệm luồng (stream)

Theo nghĩa đen luồng là một đường ống nước

Về mặt thuật ngữ chuyên ngành ta có thể hiểu “Các luồng là các dãy dữ liệu có sắp thứ tự”

Xét trên quan điểm của chương trình và nguồn dữ liệu (Data Soure) ta có thể phân loại luồng thành hai loại: Luồng xuất (output stream) và luồng nhập (input stream) Để trực quan hơn chúng ta xem hình vẽ dướ đây:

Hình 3.1

Như vậy nếu chúng ta cần lấy dữ liệu từ nguồn vào chương trình thì cần phải sử dụng luồng nhập Ngược lại, nếu ta cần ghi dữ liệu từ chương trình ra nguồn dữ liệu thì ta cần phải sử dụng luồng xuất

Ta có thể thấy rằng có rất nhiều luồng dữ liệ, chẳng hạn như từ một tệp tin, từ các thiết bị xuất và nhập chuẩn, từ liên kết mạng Như vậy một chương trình có thể truy xuất tới nhiiều nguồn dữ liệu

59

InputStream

OutputStream

Program Data Source

InputStream

OutputStream

Hình 3.2

2 Luồng xuất nhập chuẩn

• System.out: Luồng xuất chuẩn thường được sử dụng để hiển thị kết quả đầu ra trên màn hình

• System.in: Luồng nhập chuẩn thường đến từ bàn phím và được sử dụng để hiện các

ký tự

• System.err: Luồng lỗi chuẩn

Các luồng trên còn được gọi là các luồng hệ thống Mặc dù các luồng này rất có ích khi lập trình nhưng chúng không đủ mạnh khi giải quyết các vấn đề vào ra quan trọng khác

Trong các mục tiếp theo ta sẽ tìm hiểu sâu một số luồng trong gói java.io

InputStream chỉ hỗ trợ constructor không tham số

• public abstract int read() throws IOException

Phương thức cơ bản của lớp InputStream là phương thức read() Phương thức này

đọc một byte dữ liệu từ luồng nhập và trả về một số kiểu nguyên int có giá trị nằm trong khoảng từ 0 đến 255 Giá trị trả về là -1 khi kết thúc luồng Phương thức read() chờ và phong tỏa các đoạn mã sau nó cho tới khi một byte dữ liệu được đọc Việc nhập và xuất diễn ra với tốc độ chậm, vì vậy nếu chương trình của ta thực hiện một công việc khác quan trọng thì tốt nhất là đặt các lệnh nhập xuất vào một tuyến đoạn riêng của nó Phương thức read() là phương thức trừu tượng bởi vì các lớp con cần thay đổi để thích ích với môi trường cụ thể

• public int read(byte[] b) throws IOException

Phương thức này đọc một dãy các byte dữ liệu liên tục từ một nguồn của luồng nhập

và lưu vào mảng b

• public int read(byte[] b, int offs, int len) throws IOException

60

Thiết bịConsole

Phương thức này đọc một dãy các byte dữ liệu và lưu vào mảng b, vị trí bắt đầu lưu

dữ liệu là offs và lưu len byte dữ liệu

• public int available() throws IOException

Phương thức này cho biết còn bao nhiêu byte dữ liệu trong luồng

• public long skip(long count) throws IOException

Phương thức skip(long count) bỏ qua long byte dữ liệu

• public synchronized void mark(int readLimit)

Phương thức này được sử dụng để dánh dấu vị trí hiện thời trong luồng

• public void reset() throws IOException

Phương thức này xác định lại vị trí luồng là vị trí đánh dấu lần gần đây nhất

• public boolean markSupported()

Phương thức này trả về giá trị true nếu luồng này hỗ trợ đánh dấu và false nếu nó không hỗ trợ đánh dấu

• public void close() throws IOException

Khi đã làm việc xong với một luồng, ta cần đóng lại luồng đó Điều này cho phép hệ điều hành giải phóng các tài nguyên gắn với luồng

3.2 Lớp OutputStream

Lớp trừu tượng OutputStream khai báo các phương thức để ghi dữ liệu ra luồng

Chúng bao gồm các phương thức sau đây:

• public OuputStream()

Phương thức OutputStream hỗ trợ constructor không tham số

• public abstract void write(int b)throws IOException

Phương thức này ghi một byte không dấu có giá trị trong khoảng từ 0 đến 255 Nếu ta truyền vào một số có giá trị lớn hơn 255 hoặc nhỏ hơn 0, nó sẽ thực hiện phép tính

b =b mod 256 trước khi ghi giá trị vào luồng

• public void write(byte[] b)throws IOException

Phương thức này ghi dữ liệu từ luồng vào toàn bộ mảng b

• public void write(byte[] b, int off, int len) throws IOException

Phương thức này chỉ ghi một đoạn con của mảng dữ liệu bắt đầu từ vị trí offs và tiếp

tục cho tới khi ghi hết len byte

• public void close()

Phương thức này đóng một luồng Phương thức này được gọi để giải phóng các tài nguyên gắn với luồng

• public void flush()

Các luồng xuất nhập khác được thừa kế từ các luồng trừu tượng InputStream và

OutputStream Đối với mỗi kiểu dữ liệu và nguồn dữ liệu chúng ta có thể có các kiểu luồng

xuất và nhập riêng, chẳng hạn DataInputStream, DataOutputStream, FileInputStream,

FileOutputStream,… Sau đây chúng ta sẽ lần lượt xem xét từng kiểu luồng cụ thể.

61

3.3 Các luồng xuất nhập mảng byte

Để xây dựng một xâu ký tự biểu diễn dữ liệu có thể đọc được hoặc giải mã dữ liệu, người ta xem các mảng byte như là nguồn của các luồng nhập hoặc đích của các luồng xuất Các luồng byte cung cấp các khả năng này

Hình 3.3

3.3.1 Luồng nhập mảng byte

Lớp ByteArrayInputStream sử dụng một mảng byte như là một nguồn dữ liệu đầu vào

Nó có hai constructor:

• public ByteArrayInputStream(byte[] buf)

Tạo ra một đối tượng ByteArrayInputStream từ một mảng xác định Mảng đầu vào được sử dụng một cách trực tiếp Khi kết thúc buf nghĩa là kết thúc nhập từ luồng

• public ByteArrayInputStream(byte[] buf, int offset, int length)

Tạo ra một đối tượng ByteArrayInputStream từ một mảng xác định, chỉ sử dụng một phần của mảng buf từ buf[offset] đến buff[offset+length-1] hoặc kết thúc mảng

ByteArrayInputStream tạo ra một luồng nhập từ một vùng đệm trong bộ nhớ được biểu diễn bằng một mảng byte Lớp này không hỗ trợ bất kỳ phương thức mới nào, nó nạp chồng các phương thức read(), skip(), available(), và reset() của lớp cha InputStream

Ví dụ:

Tạo một mảng gồm 100 byte rồi gắn vào mảng này một luồng ByteArrayInputStream

để lấy dữ liệu ra

byte[] b = new byte[100];

for(byte i=0;i<b.length;i++) b[i]=i;

try{

62 ByteArrayInputStream

ByteArrayOutputStream

InputStream is = new ByteArrayInputStream(b);

for(byte i=0;i<b.length;i++)

System.out.print(is.read()+" ");

} catch(IOException e) {

System.err.println(e);

} }

Chú ý: Mỗi lần đọc luồng bằng phương thức read(), một byte dữ liệu không còn trong

luồng, nhưng vẫn tồn tại trong mảng

Tạo ra một đối tượng ByteArrayOutputStream với kích thước mặc định

• public ByteArrayOutputStream(int size)

Tạo ra một đối tượng ByteArrayOutputStream với kích thước xác định ban đầu.Các phương thức mới của lớp ByteArrayOutputStream:

• public synchronized byte[] toByteArray():

Phương thức này trả về một bản sao dữ liệu của luồng và lưu dữ liệu vào một mảng

và có thể sửa đổi dữ liệu trong mảng này mà không cần thay đổi các byte của luồng xuất

• public size()

Trả về kích thước hiện thời của vùng đệm

• public String toString(int hiByte)

Tạo một đối tượng String mới từ nội dung của luồng xuất mảng byte

• public String toString()

Phương thức chuyển đổi một luồng byte thành một đối tượng String

Ví dụ:

Viết chương trình tạo lập một luồng xuất mảng (ByteArrayOutputStream) 100 byte

Ghi vào luồng xuất mảng 100 phần tử từ 0 đến 99 Đổ dữ liệu từ luồng xuất mảng vào mảng

b In dữ liệu từ mảng b ra màn hình

import java.io.*;

63

3.4 Luồng xuất nhập tập tin

Phần lớn việc nhập và xuất dữ liệu trong các ứng dụng là đọc và ghi dữ liệu từ các tệp tin và ghi vào dữ liệu vào tệp tin Hai luồng trong java.io thực hiện việc xuất nhập tệp tin là

FileInputStream và FileOutputStream Mỗi kiểu luồng có ba constructor.

• Một constructor nhận một đối tượng String làm tên của tệp tin.

• Một constructor nhận một đối tượng File để tham chiếu đến tệp tin.

• Một constructor nhận đối tượng FileDescriptor làm tham số.

FileDescriptor biểu diễn một giá trị phụ thuộc vào hệ thống mô tả một tệp đang mở

Đối với luồng xuất nhập tập tin ta hình dung như sau: chương trình Java là nơi tiêu thụ

dữ liệu, tập tin là nơi cung cấp dữ liệu Để đọc dữ liệu từ tập tin vào bộ nhớ ta sử dụng luồng

nhập tập tin FileInputStream Để ghi dữ liệu từ bộ nhớ vào tập tin ta sử dụng luồng xuất tập tin FileOutputStream.

64

OutputStream os = new FileOutputStream(args[0]);

String s = "Thu nghiem voi luong xuat nhap tap tin";

for(int i=0;i<s.length();i++) os.write(s.charAt(i));

os.close();

//Mo de doc

InputStream is = new FileInputStream(args[0]);

int len = is.available();

System.out.println("Luong nhap co "+len+ " bytes");

byte b[] = new byte[len];

int sobyte = is.read(b,0,len);

System.out.println(sobyte+ " la so bytes da doc");

FileOutputStream

Kết quả thực hiện chương trình

C:\MyJava\Baitap>java FileIOExam abc.txt

Luong nhap co 38 bytes

38 la so bytes da doc

Thu nghiem voi luong xuat nhap tap tin

3.5 Truy nhập tệp ngẫu nhiên

RandomAccessFile cho phép ta truy nhập trực tiếp vào các tệp, nghĩa là có thể đọc,

ghi các byte ở bất kỳ vị trí nào đó trong tệp

Các phương thức tạo luồng truy nhập tệp ngẫu nhiên

• RandomAccessFile(String name, String mode) throws IOException

• RandomAccessFile(File file, String mode) throws IOException

Tệp được xác định bởi tên hoặc đối tượng File

Tham số mode cho phép xác định mở file để đọc hay ghi

-“r”: Dùng để đọc

-“rw”: Dùng để ghi

Các phương thức khác

• long getFilePointer() throws IOException : Trả về vị trí của con trỏ tệp.

• long length() throws IOException: cho biết số byte hay độ dài của tệp.

• void seek(long offset) throws IOException: Chuyển con trỏ tệp đi offset vị trí kể từ đầu

static String filename="dayso.dat";

final static int INT_SIZE=4;

//Tao file de ghi

public void createFile() throws IOException

{

File datFile = new File(filename);

RandomAccessFile out_file = new RandomAccessFile(datFile,"rw");

for(int i=0;i<10;i++)out_file.writeInt(i*i);

out_file.close();

}

//Mo file de doc

public void readFile() throws IOException

66

255 254 0 105 0 33 0

File datFile = new File(filename);

RandomAccessFile inp_file= new RandomAccessFile(datFile,"r");

System.out.println("Cac so doc tu file:");

long len = inp_file.length();

//Mo file de ghi

public void extendFile() throws IOException

{

RandomAccessFile out_file = new RandomAccessFile(filename,"rw");

for(int i=10;i<20;i++) out_file.writeInt(i*i);

char int float Object boolean

char[ ] long double String

Ngoài ra phương thức println không tham số được sử dụng để kết thúc một dòng

PrintStream hỗ trợ hai constuctor Constructor thứ nhất nhận tham số là một luồng Constructor thứ hai có thêm tham số điều khiển việc đẩy dữ liệu ra khỏi luồng

Ngoài ra còn một số kiểu luồng xuất và nhập khác như DataInputStream, DataOutputStream,…tùy thuộc vào từng tình huống cụ thể mà chúng ta có những lựa chọn cho phù hợp

4 Luồng ký tự

Luồng ký tự cung cấp một cách thức để quản lý việc vào ra với các ký tự Các luồng này sử dụng tập ký tự Unicode và vì thế có thể quốc tế hóa Trong một số trường hợp làm việc với các luồng ký tự hiệu quả hơn luồng byte

Các luồng ký tự chuẩn vay mượn từ rất nhiều các lớp luồng hướng byte, bao gồm luồng lọc, luồng đệm, và các luồng tệp tin, và tất cả các luồng được dẫn xuất từ các lớp cha Reader và Writer Ngoài ra, có hai lớp đóng vai trò cầu nối giữa các luồng byte và các luồng

ký tự Hai lớp này kết hợp các hàm chuyển đổi các ký tự thành các byte và ngược lại theo một kiểu mã hóa đã được xác định Điều này cho phép một nguồn dữ liệu ASCII được chuyển đổi dễ dàng thành một luồng ký tự Unicode và tương tự cho dữ liệu Unicode được ghi một cách dễ dàng vào một tệp tin theo chuẩn mã hóa cục bộ, cho dù nó là chuẩn 8-bit, UTF-8, hoặc 16 bit

Hình 4.6

Hình 4.7

4.1 Sự tương ứng giữa luồng byte và luồng ký tự

Bảng dưới đây chỉ ra sự tương ứng giữa luồng byte và luồng ký tự

FileOutputStream FileWriterFileInputStream FileReader

68

InputStream InputStreamReader

OutputStream OutputStreamWriter

ByteArrayInputStream CharArrayReaderByteArrayOutputStream CharArrayWriter

StringBufferedInputStream StringReaderPipedOuputStream PipedWriterPipedInputStream PipedReaderFilterOutputStream FilterWriterFilterInputStream FilterReaderBufferedOuputStream BufferedWriterBufferedInputStream BufferedReaderPushbackInputStream PushbackReaderLineNumberInputStream LineNumberReader

DataOutputStream DataInputStream -ObjectInputStream -ObjectOuputStream -SequenceInputStream -

Bảng 3.1

4.2 Mã hóa ký tự

Khi tạo cầu nối giữa một luồng ký tự và một luồng byte, cần thiết phải xác định cách

mã hóa được sử dụng bởi các luồng byte; nghĩa là, các ký tự được biểu diễn bởi từng byte hoặc từng nhóm các byte Tên của cách mã hóa các byte được đặc tả bởi một xâu ký tự được truyền cho constructor tạo cầu nối OuputStreamReader và InputStreamReader

Mã hóa Char Bytes

ISO LatinISO Latin 2UTF-8

69

Bảng 3.2Các phương thức hướng ký tự của các luồng byte tương đương với latin 1, còn được biết đến như là ISO Latin 1 hoặc ISO 8859-1; nghĩa là cách mã hóa 8-bit tương ứng với 256

ký tự Unicode đầu tiên Các tên kiểu mã hóa ký tự thường là phân biệt chữ hoa và chữ thường

4.3 Lớp Writer

Writer là lớp cha của tất cả các luồng xuất ký tự Nó cung cấp các phương thức tương

tự như luồng OuputStream, nhưng chủ yếu là ghi các ký tự

4.3.1 Các constructor

Có hai constructor được cung cấp bởi lớp này Các constructor này là protected Ta không thể tạo các đối tượng của lớp Writer nhưng ta có thể tạo ra các đối tượng thuộc lớp con của lớp này

• void write(int c) throws IOException

Phương thức này ghi ký tự c vào kênh truyền tin được biểu diễn bởi luồng này

• void write(char cbuff[]) throws IOException

Phương thức này ghi mảng ký tự vào luồng

• abstract void write(char cbuff[], int off, int len) throws IOException

Phương thức này ghi len ký tự từ mảng cbuff ra luồng gắn với mảng, bắt đầu từ vị trí

off Đây là phương thức trừu tượng bởi vì nó phải được cài đặt bởi một lớp con gắn với kênh truyền tin thực sự, như tệp tin hoặc một luồng khác

• void write(String str) throws IOException

Phương thức này ghi một xâu ký tự str ra luồng

• int read() throws IOException

Phương thức này đọc một ký tự từ kênh truyền tin được biểu diễn bởi luồng này và trả

về ký tự, hoặc giá trị -1 nếu kết thúc luồng

int read(char cbuff[]) throws IOException

Phương thức này đọc các ký tự vào mảng cbuff

4.5 Lớp OutputStreamWriter

Lớp này cung cấp một cầu nối Writer hướng ký tự với một luồng OutputStream Các

ký tự được ghi vào lớp Writer được chuyển thành các byte tương ứng với một kiểu mã hóa

70

được xác định trong constructor và sau đó được ghi vào luồng OutputStream gắn với nó Lớp này cung cấp khả năng đệm dữ liệu cho các byte để ghi vào luồng

Các constructor

• public OutputStreamWriter(OutputStream out)

• public OutputStreamWriter(OutputStream out, String encoding)

FileInputStream fis=new FileInputStream(args[1]);

FileOutputStream fos=new FileOutputStream(args[3]);

InputStreamReader isr=new InputStreamReader(fis,args[0]);

OutputStreamWriter osw=new OutputStreamWriter (fos,args[2]);

char b[]=new char[16];