Java; I/O Stream

자바 입출력과 스트림

스트림이란?

자바에서 모든 입출력은 Stream을 통해 이루어진다. 파일 디스크 키보드 모니터 메모리 네트워크 등등 모두 포함.
Stream이란 용어는 네트워크에서 유래됐다.
입출력장치가 다양하기 때문에 자바는 입출력 장치와 무관하고 일관성 있게 프로그램을 구현할 수 있도록 일종의 가상 통로인 Stream을 제송한다.
Source와 target에 따라 각각 다른 Stream 클래스를 제공한다.

입력 스트림과 출력 스트림

입력 스트림 : 어떤 대상으로부터 자료를 읽어들일때 사용하는 스트림을 입력 스트림이라고 한다.
출력 스트림 : 파일에 저장할 때는 출력 스트림을 사용한다.

스트림은 단방향이다. 입력과 출력을 동시에 할 수 없다.
스트림의 이름을 보면 입력인지 출력인지 알 수 있다.
입력 스트림의 예
- FileInputStream, FileReader, BufferedInputStream, BufferedReader
출력 스트림의 예
- FileOutputStream, FileWriter, BufferedOutputStream, BufferedWriter

바이트 단위 스트림과 문자 스트림

원래 자바의 스트림 단위는 바이트다.
그런데 char형은 2바이트라 1바이트만 읽으면 특수문자는 깨진다.
그래서 문자를 위한 스트림은 별도로 있다.
바이트 스트림의 예
- FileInputStream, FileOutputStream, BufferedInputStream, BufferedOutputStream
문자 스트림의 예
- FileReader, FileWriter, BufferedReader, BufferedWriter

기반 스트림과 보조 스트림

기반 스트림 : 어떤 스트림이 자료를 직접 읽거나 쓰는 기능을 제공하는 스트림
보조 스트림 : 직접 읽고 쓰는 기능은 없고 다른 스트림에 부가기능을 제공하는 스트림
기반 스트림의 예
- FileInputStream, FileOutputStream, FileReader, FileWriter
보조 스트림의 예
- InputStreamReader, OutputStreamWriter, BufferedInputStream, BufferedOutputStream
이름만으로 기억하기는 어렵고 많이 사용하는 스트림 위주로 기억하자.

표준 입출력

화면에 출력하고 입력받는 표준 입출력 클래스
static이기 때문에 인스턴스를 생성할 필요가 없다.
System.out은 표준 출력을 위한 객체다.
System class의 변수
- static PrintStream out : 표준 출력 스트림
- static InputStream int : 표준 입력 스트림
- static OutputStream err : 표준 오류 출력 스트림

– `PrintStream` 은 `OutputStream`의 하위 클래스다.

System.in

문자와 문자열을 입력받는 예제 – 코드 보기

Scanner

Scanner는 java.util 패키지에 있는 입력 클래스다.
Scanner 클래스는 문자 뿐만 아니라 정수 실수 등 다른 자료형도 읽을 수 있다.
Scanner class의 생성자
- Scanner(File source) : 파일을 매개변수로 받아 Scanner를 생성한다.
- Scanner(InputStream source) : 바이트 스트림을 매개변수로 받아 Scanner를 생성한다.
- Scanner(String source) : String을 매개변수로 받아 Scanner를 생성한다.
Scanner scanner = new Scanner(System.in)은 문자열을 입력하기 위해 자주 쓰는 방법이다. – 코드 보기
Scanner class의 메소드
- boolean nextBoolean(), byte nextByte(), short nextShort(), int nextInt(), long nextLong(), float nextFloaf(), double nextDouble(), String nextLine()

Console

코드 보기

바이트 단위 스트림

입출력 기능을 구현하는데 기본으로 알아야 하는 클래스와 메소드. (바이트 스트림, 문자 스트림, 보조 스트림)

InputStream

바이트 단위로 읽는 스트림 중 최상위 스트림.
추상 클래스로 각 하위 스트림 클래스가 상속받아 사용한다.
주로 사용되는 클래스들
- FileInputStream : 파일에서 바이트 단위로 자료를 읽는다.
- ByteArrayInputStream : Byte배열 메모리에서 바이트 단위로 자료를 읽는다.
- FilterInputStream : 기반 스트림에서 자료를 읽을때 추가 기능을 제공하는 보조스트림.
InputStream의 메소드
- int read() : 읽은 바이트의 수를 반환
- int read(byte b[]) : 배열의 읽은 바이트 수를 반환
- int read(byte b[], int off, int len) : offset부터 length만큼 읽고 바이트 수를 반환
- void close() : 리소스 닫기

FileInputStream

파일에서 바이트 단위로 자료를 읽어들일때 사용하는 스트림 클래스
FileInputStream의 생성자
- FileInputStream(String name) : 파일 이름을 매개변수로 받아 입력 스트림을 생성.
- FileInputStream(File f) : File 클래스를 메시지로 받아 입력 스트림을 생성.

파일에서 자료 읽기

코드 보기

파일 끝까지 읽기

코드 보기

public class FileInputStreamTest2 {

    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt")) {
            int i;
            while ((i = fis.read()) != -1) {
                System.out.println((char) i);
            }
            System.out.println("end");
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

fis.read()에서 -1이 반환되면 더이상 읽을 바이트가 없다는 뜻이다.

int read(byte[] b)

코드 보기
아래는 input2.txt에 해당하는 내용이다.

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

public class FileInputStreamTest3 {

    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input2.txt")) {
            byte[] bs = new byte[10];
            int i;
            while ((i = fis.read(bs)) != -1) {
                for (byte b : bs) {
                    System.out.print((char) b);
                }
                System.out.println(": " + i + " 바이트 읽음.");
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("end");
    }
}

실행 결과

ABCDEFGHIJ: 10 바이트 읽음.
KLMNOPQRST: 10 바이트 읽음.
UVWXYZQRST: 6 바이트 읽음.
end

마지막 6바이트에 QRST가 남아있는것은 for (byte b : bs)로 전체 순회를 했기 때문이다.
그래서 bs를 순회하는 것이 아니라 읽는 바이트 수대로만 순회하면 된다.

for (int k = 0; k < i; k++) {
    System.out.print((char) bs[k]);
}

OutputStream

바이트 단위로 쓰는 스트림 중 최상위 스트림이다.
OutputStream 하위 클래스
- FileOutputStream : 바이트 단위로 파일에 자료를 쓴다.
- ByteArrayOutputStream : Byte배열에 바이트 단위로 자료를 쓴다.
- FilterOutputStream : 보조 스트림.
OutputStream 메소드
- void writer(int b) : 한 바이트를 출력한다.
- void write(byte[] b : 배열에 있는 자료를 출력한다.
- void write(byte b[], int off, int len) : 배열에 있는 자료의 offset위치 부터 length만큼 자료를 출력한다.
- void flush() : 출력을 위해 출력 버퍼를 비운다.
- void close() : 리소스 닫기. 출력 버퍼가 비워진다.

FileOutputStream

파일에 바이트 단위 자료를 출력하기 위해 사용하는 스트림이다.
FileOutputStream 생성자
- FileOutputStream(String name) : name파일에 대한 출력 스트림 생성
- FileOutputStream(String name, boolean append) : append값이 true면 파일 스트림을 닫고 다시 생성할때 파일의 끝에 이어서 작성한다.
- FileOutputStream(File f,) : File클래스 출력스트림 생성
- FileOutputStream(File f, boolean append)
해당 경로에 파일이 없으면 파일을 새로 생성한다.
처음부터 덮어쓸지 기존에서 이어쓸지 결정할 수 있다. (append)

write()

코드 보기

write(byte[] b)

코드 보기

public class FileOutputStreamTest3 {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt", true);
        try (fos) {
            byte[] bs = new byte[26];
            byte data = 65;
            for (int i = 0; i < bs.length; i++) {
                bs[i] = data;
                data++;
            }
            fos.write(bs);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("end");
    }
}

fos.write(bs) : 배열을 쓰기한다.

flush(), close()

출력 스트림에서 flsuh()메소드의 기능은 강제로 자료를 출력하는 것이다. write()를 값을 썼다고 해도 바로 파일이나 네트워크로 전송되지 않고 출력을 위한 자료가 쌓이는 출력 버퍼에 어느정도 자료가 모여야 출력된다.
따라서 자료의 양이 출력할 만큼 많지 않으면 write()로 출력 했어도 파일에 쓰이지 않거나 전송되지 않을 수 있다.
이런 경우 flush()를 호출해야 한다.
close()는 안에서 flush()를 호출해 버퍼가 비워지면서 남은 자료가 모두 출력된다.

문자 단위 스트림

Reader

문자 단위로 읽는 스트림 중 퇴상위 스트림으로 다음 하위 클래스를 주로 사용한다
FileReader : 파일에서 문자 단위로 읽는 스트림 클래스
InputStreamReader : 바이트 단위로 읽은 자료를 문자로 변환해주는 보조 스트림 클래스
BufferedReader : 문자로 읽을 때 배열을 제공하여 한꺼번에 읽을 수 있는 기능을 제공해 주는 보조 스트림
아래와 같은 메소드를 제공한다
int read()
int read(char[] buf)
int read(char[], int off, int len)
void close()

FileReader

생성자
- FileReader(String name) : 파일 이름을 매개변수로 받아 입력 스트림을 생성한다.
- FileReader(File f) : File 클래스 정보를 매개변수로 받아 입력 스트림을 생성한다
한글 같은 2바이트 단위 문자들은 1바이트 단위로 읽어오면 깨진다. 따라서 문자를 입출력할때 문자 스트림을 사용해야 한다.
예제코드

public class FileReaderTest {

    public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {
        FileReader fr = new FileReader("reader.txt"); // 미리 만들어야한다.
        try (fr) {
            int i;
            while ((i = fr.read()) != -1) {
                System.out.print((char) i);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

Writer

문자 단위로 출력하는 스트림 중 최상위 스트림으로 다음 하위 클래스가 있다
FileWriter : 파일에 문자 단위로 출력하는 스트림 클래스다
OutputStreamWriter : 파일에 바이트 단위로 출력한 자료를 문자로 변환해주는 보조 스트림이다
BufferedWriter : 문자로 쓸 때 배열을 제공하여 한꺼번에 쓸 수 있는 기능을 제공하는 보조 스트림이다.
다음과 같은 메소드를 제공한다
- void write(int c)
- void write(char[] buf)
- void write(char[] buf, int off, int len)
- void write(String str)
- void write(String str, int off, int len)
- void flush()
- void close()

FileWriter

다른 스트림 클래스와 마찬가지로 생성자를 사용해서 스트림을 생성한다.
FileOutputStream 과 마찬가지로 출력파일이 없으면 생성한다.
생성자
- FileWriter(String name)
- FileWriter(String name, boolean append)
- FileWriter(File f, )
- FileWriter(File f, boolean append)
예제 코드

public class FileWriterTest {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileWriter fw = new FileWriter("writer.txt");
        try (fw) {
            fw.write('강');
            char buf[] = {'H', 'E', 'L', 'L', 'O'};

            fw.write(buf);
            fw.write("안녕하세요");
            fw.write("65");

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

보조 스트림

스트림에 보조기능을 추가하는 보조 스트림.
Wrapper 스트림이라고도 함.
스스로는 입출력 기능이 없다. 생성자의 매개변수로 다른 스트림을 받으면 자신이 감싸고 있는 스트림이 읽거나 기능을 수행할 때 기능을 추가한다.
데코레이터 패턴의 유명한 예.

FilterInputStream, FilterOutputStream

보조스트림의 상위 클래스다. 모든 보조 스트림은 FilterInputStream이나 FilterOutputStream을 상속 받는다.
이들 클래스를 상속받은 보조 클래스도 상위 클래스에 디폴트 생성자가 없어므로 다른 스트림을 매개변수로 받아 상위 클래스를 호출해야 한다.

다른 보조 스트림을 매개변수로 전달 받을 수도 있다.

InputStreamReader OutputStreamWriter

문자를 위해서 Reader나 Writer에서 상속 받은 스트림을 사용해 자료를 읽거나 써야 한다. 하지만 바이트 자료만 입력되는 스트림도 있다. (System.in)
또한 네트워크에서 소켓이나 인터넷이 연결되었을 때 읽거나 쓰는 스트림은 바이트 단위인 InputStream과 OutputStream이다.
이런 바이트 스트림을 문자로 변환해 주는 보조 스트림이 이 두 스트림이다.
InputStreamReader 생성자
- InputStreamReader(InputStream in)
- InputStreamReader(InputStream in, Charset cs)
- InputStreamReader(InputStream in, CharsetDecorder dec)
- InputStreamReader(InputStream in, String charsetName) : UTF-8, UTF-16
charset을 지정하지 않으면 시스템 기본 charset이 지정된다.

public class InputStreamReaderTest {

    public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {
        InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream("reader.txt"));
        try (isr) {
            int i;
            while ((i = isr.read()) != -1) {
                System.out.print((char) i);
            }

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

이러면 바이트 단위 스트림에서 문자를 읽어올 수 있다.
표준 입출력 스트림 System.in과 .out은 모두 바이트 스트림이다. 특히 System.in은 콘솔 화면에서 한글을 읽을려면 InputStreamReader를 사용해야 한다.
Scanner클래스는 이런 변환이 필요없다.

Buffered 스트림

이미 생성된 스트림에 배열 기능을 추가해 더 빠르게 입출력을 실행할 수 있는 버퍼링 기능을 제공한다.
BufferedInputStream : 바이트 단위로 읽는 스트림에 버퍼링 기능을 제공한다.
BufferesOutputStream : 바이트 단위로 출력하는 스트림에 버퍼링 기능을 제공한다.
BufferedReader : 문자 단위로 읽는 스트림에 버퍼링 기능을 제공한다.
BufferedWriter : 문자 단위로 출력하는 스트림에 버퍼링 기능을 제공한다.
Buffered 스트림은 맴버 변수로 8192바이트 배열을 가지고 있다.
한번 자료를 읽을때 8KB를 한번에 읽고 쓸 수 있어 1바이트씩 작업할때 보다 훨씬 빠르다.
배열의 크기 역시 지정할 수 있다.
비교 예제 코드

public class FileCopyTest {

    public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {
        long mills = 0;
        FileInputStream fis = new FileInputStream("origin.zip");
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("copy.zip");
        try (fis; fos) {
            mills = System.currentTimeMillis();
            int i;
            while ((i = fis.read()) != -1) {
                fos.write(i);
            }
            mills = System.currentTimeMillis() - mills;
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(mills + "");
    }
}

약 8MB 파일을 복사하는데 20151ms가 소요됐다 (느리다)
아래는 BufferedInputStream을 활용한 개선 코드

public class BufferedStreamTest {

    public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {
        long mills = 0;
        BufferedInputStream bis =
            new BufferedInputStream(
                new FileInputStream("origin.zip"));
        BufferedOutputStream bos =
            new BufferedOutputStream(
                new FileOutputStream("copy.zip"));
        try (bis; bos) {
            mills = System.currentTimeMillis();
            int i;
            while ((i = bis.read()) != -1) {
                bos.write(i);
            }
            mills = System.currentTimeMillis() - mills;
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(mills + "");
    }
}

실행결과 200ms정도로 엄청나게 빠른것을 알 수 있다.

DataInputStream, DataOutputStream

바이트나 문자가 아닌 메모리 저장된 상태를 그대로 읽거나 쓰는 보조 스트림이다.
DataInputStream(InputStream in)
DataOutputStream(OutputStream out)
파일에 여러 자료형 값을 저장하고 불러오는 예제

public class DataStreamTest {

    public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("data.txt");
        DataOutputStream dos = new DataOutputStream(fos);
        try (fos; dos) {
            dos.writeByte(100);
            dos.writeChar('A');
            dos.writeInt(10);
            dos.writeFloat(3.14f);
            dos.writeUTF("뷁");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        FileInputStream fis = new FileInputStream("data.txt");
        DataInputStream dis = new DataInputStream(fis);
        try (fis; dis) {
            System.out.println(dis.readByte());
            System.out.println(dis.readChar());
            System.out.println(dis.readInt());
            System.out.println(dis.readFloat());
            System.out.println(dis.readUTF());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

Decorator pattern

자바IO스트림은 데코레이터 패턴이다.
데코레이터 패턴에서는 클래스는 실제로 입출력이 가능한 클래스와 그렇지 않은 클래스로 구분된다.
기능이 동적으로 추가되는 클래스를 데코레이터라고 한다.
보조스트림은 자료형만 맞는다면 다른 보조스트림에 기능을 더해줄 수 있다

WhippedCreamCoffee whippedCreamCoffee = new WhippedCreamCoffee(new MocaCoffee(new LatteCoffee(new KenyaCoffee())));

목차

Java; I/O Stream

자바 입출력과 스트림

스트림이란?

입력 스트림과 출력 스트림

바이트 단위 스트림과 문자 스트림

기반 스트림과 보조 스트림

표준 입출력

– PrintStream 은 OutputStream의 하위 클래스다.

System.in

Scanner

Console

바이트 단위 스트림

InputStream

FileInputStream

파일에서 자료 읽기

파일 끝까지 읽기

int read(byte[] b)

OutputStream

FileOutputStream

write()

write(byte[] b)

flush(), close()

문자 단위 스트림

Reader

FileReader

Writer

FileWriter

보조 스트림

FilterInputStream, FilterOutputStream

InputStreamReader OutputStreamWriter

Buffered 스트림

DataInputStream, DataOutputStream

Decorator pattern

– `PrintStream` 은 `OutputStream`의 하위 클래스다.