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Java IO

스트림 (Stream) / 버퍼 (Buffer) / 채널 (Channel) 기반의 I/O

스트림, 버퍼, 채널

Stream 기반의 IO

데이터가 들어온 순서대로 흘러가는 단방향의 통로 (FIFO)

입력 스트림과 출력 스트림을 별도로 사용해야함

자바의 모든 기본 I/O

동기적, blocking 방식으로 동작

Buffer 기반의 IO

임시로 데이터를 담아둘 수 있는 일종의 큐

버퍼는 읽고 쓰기가 가능한 메모리 배열

Stream은 바이트 단위로 매번 read, write를 수행 하여 비효율적임

Buffer는 중간에서 입력을 모아서 한번에 출력하게 하여 더 효율적임

Channel 기반의 IO

데이터가 흘러다니는 양방향의 통로

input/output 구분하지 않음

blocking/non-blocking 모두 지원

기본적으로 buffer방식

채널을 통해서 소켓, 파일 등에 데이터를 전송할 때나 읽어올 때 버퍼를 사용하게 됨으로써 가비지량을 최소화 시킬 수 있게 되며, 이는 가바지 콜렉션 회수를 줄임으로써 서버의 전체 처리량을 증가시켜준다.

채널	연결 대상
SocketChannel	소켓
FileChannel	파일
Pipe.SinkChannel, Pipe.SourceChannel	파이프
ServerSocketChannel	서버 소켓

IO vs NIO

구분	IO	NIO
입출력 방식	스트림	채널
버퍼 방식	Non-Buffer → BufferedXXX 로 지원	Buffer
비동기 방식 지원	X	O
Blocking/Non-Blocking 방식	Blocking Only	Both
사용 케이스	연결 클라이언트가 적고, IO 가 큰 경우(대용량)	연결 클라이언트가 많고, IO 처리가 작은 경우(저용량)
커널 버퍼	직접 핸들링 할 수 없음	Direct Buffer 로 커널 버퍼를 직접 핸들링가능 (ByteBuffer)
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많은 java.io 패키지의 클래스 중 InputStream과 OutputStream을 더 깊게 학습해보자.

InputStream, OutputStream은 바이트 기반 입 출력 스트림이다.

바이트기반이라 하는 것은 입출력의 단위가 1byte 라는 의미이다.

`InputStream`


/**
 * This abstract class is the superclass of all classes representing
 * an input stream of bytes.
 *
 * Applications that need to define a subclass of InputStream
 * must always provide a method that returns the next byte of input.
*/

java.io.InputStream javadoc

바이트 기반 입력 스트림의 최상위 추상 클래스

InputStream subclass 들은 꼭 input의 다음 byte를 반환하는 메서드를 제공해야한다.

모든 read 메서드는 input data가 이용가능할 때까지, stream 혹은 file의 끝이 detected 될 때 까지 혹은 예외가 던져질 때 까지 blocked 된다.

메서드 시그니처	Desc
`int read( )`	input stream의 다음 바이트를 읽어 정수 (0~255) 로 반환 정상적으로 stream의 끝에 도달하면 -1 반환
`int read(byte b[ ])`	input stream의 데이터를 읽어 buffer array b 에 저장 읽어 들인 바이트의 숫자를 반환 딱 스트림의 마지막에 도달하여 읽어들일 바이트가 없는 경우 -1 반환 read(b, 0, b.length)
`int read(byte b[ ], int off, int len)`	input stream의 데이터를 len개의 바이트 만큼 읽어 b[off] 부터 저장 읽어 들인 바이트의 숫자를 반환 딱 스트림의 마지막에 도달하여 읽어들일 바이트가 없는 경우 -1 반환

`OutputStream`


/**
 * This abstract class is the superclass of all classes representing
 * an output stream of bytes. An output stream accepts output bytes
 * and sends them to some sink.
 * 
 * Applications that need to define a subclass of OutputStream must always provide at least   * a method that writes one byte of output.
 **/

java.io.OutputStream javadoc

바이트 기반 출력 스트림의 최상위 추상 클래스

OutputStream의 subclass는 output 을 1byte 쓸 수 있는 메서드를 무조건 하나 이상 제공해야함

메서드 시그니처	Desc
`void write(int b)`	output stream으로 부터 1 바이트를 쓴다.
`void write(byte b[ ])`	output stream으로 부터 주어진 바이트 배열 b의 모든 바이트를 쓴다.
`void write(byte b[ ], int off, int len)`	output stream으로 부터 b[off] 부터 len 개의 바이트를 보낸다.

입력스트림의 구현체	출력스트림의 구현체	입출력 대상의 종류
FileInputStream	FileOutputStream	파일
ByteArrayInputStream	ByteArrayOutputStream	메모리(byte배열)
PipedInputStream	PipedOutputStream	프로세스(프로세스간 통신)
AudioInputStream	AudioOutputStream	오디오 장치

InputStream/OutputStream

binary 데이터를 입출력하는 스트림
데이터는 1바이트 단위로 처리
이미지, 동영상 등을 송수신 할 때 주로 사용

Reader/Writer

text 데이터를 입출력하는 스트림
데이터는 2바이트 단위로 처리
일반적인 텍스트 및 JSON, HTML 등을 송수신할 때 주로 사용

보조 스트림

데코레이터 패턴을 활용하여 바이트 기반, 문자 기반 스트림에 추가적인 기능을 제공함
e.g.)

Buffered + (InputStream, OutputStream, Reader, Writer)
Filter + (InputStream, OutputStream, Reader, Writer)
...

표준 스트림 (System.in, System.out, System.err)


public final static InputStream in = null;

...

public final static PrintStream out = null;

...

public final static PrintStream err = null;

java.lang.System

표준 입출력, 에러에서는 InputStream, PrintStream의 구현체로 BufferedInputStream, BufferedOutputStream의 인스턴스를 사용함

System 클래스의 퍼블릭 정적 필드이므로 그냥 깡으로 다른 InputStream 혹은 OutputStream으로 변경하여 사용할 수 도 있다.

하지만 System 클래스의 정적 메서드를 사용하여 변경하는 것이 더 좋은 방식이다.

메서드	설명
static void setOut(PrintStream out)	System.out 의 출력을 지정된 PrintStream 으로 변경
static void setErr(PrintStream err)	System.err 의 출력을 지정된 PrintStream 으로 변경
static void setIn(InputStream in)	System.in의 입력을 지정한 InputStream 으로 변경

Java File IO Sample Examples

IO 패키지

→ java.io

→ FileReader, FileWriter, FileInputStream, FileOutputStream

NIO 패키지

→ java.nio.file

→ Path - represents the path to actual file or directory you are willing to work

→ Paths - Path의 유틸리티 클래스

sample code


Path p = Paths.get("D:\\path\\to\\new\\dir");
Path path = Files.createDicrectory(p);

디렉토리 생성 코드


Path path = Paths.get("DataSet/empty-poem.txt");
Path donePath = Files.createFile(path);

빈 파일 작성


Path path = Paths.get("DataSet/poem.txt");
Path donePath = Files.createFile(path);
String poem = "하늘을 우러러\n 한점 부끄럼 없거늘\n...";
Files.write(donePath, poem.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

바이트 시 쓰기


Path path = Paths.get("DataSet/poem.txt");
List<String> lines = Files.readAllLines(path);

파일의 모든 라인 읽기

@참고)

http://eincs.com - IO vs NIO

13 주차 과제: I/O