[Day 8 | Java] IO Stream

1. 스트림(Stream) 개념

스트림은 데이터의 흐름을 의미하며, 데이터를 읽고 쓰는 과정을 추상화한 개념입니다. 자바의 입출력 시스템은 스트림을 통해 데이터를 주고받습니다. 자바에서는 크게 두 가지 스트림을 사용합니다:

• 입력 스트림 (Input Stream): 외부로부터 데이터를 읽어오는 스트림입니다. 예를 들어, 파일이나 키보드 입력으로부터 데이터를 읽을 때 사용됩니다.
• 출력 스트림 (Output Stream): 데이터를 외부로 출력하는 스트림입니다. 예를 들어, 파일에 데이터를 기록하거나 콘솔에 출력을 할 때 사용됩니다.

2. 스트림의 종류

자바의 입출력 스트림은 데이터의 형태에 따라 바이트 스트림과 문자 스트림으로 나뉩니다.

(1) 바이트 스트림 (Byte Stream)

• 바이트 단위(8비트)로 데이터를 처리하는 스트림입니다.
• 모든 유형의 데이터를 처리할 수 있으며, 파일, 이미지, 오디오 등의 바이너리 데이터에 적합합니다.
• 바이트 스트림 클래스:
  • 입력: InputStream
  • 출력: OutputStream

(2) 문자 스트림 (Character Stream)

* 문자 단위(16비트)로 데이터를 처리하는 스트림입니다.

• 텍스트 데이터를 읽거나 쓸 때 사용되며, 유니코드 문자를 처리하기 위해 설계되었습니다.
• 문자 스트림 클래스:
  • 입력: Reader
  • 출력: Writer

3. 바이트 스트림의 주요 클래스

• 입력 스트림: InputStream을 상속하는 클래스들이 있으며, 파일로부터 데이터를 읽어오는 역할을 합니다.
  • FileInputStream: 파일에서 바이트 데이터를 읽어옵니다.

• 출력 스트림: OutputStream을 상속하는 클래스들이 있으며, 데이터를 파일로 출력하는 역할을 합니다.
  • FileOutputStream: 파일에 바이트 데이터를 씁니다.

스트림 종류	입력 클래스	출력 클래스	데이터 유형
바이트 스트림	FileInputStream	FileOutputStream	바이트 데이터 (텍스트, 이미지, 비디오 등)
문자 스트림	FileReader	FileWriter	문자 데이터 (텍스트 파일)

줄바꿈 방식의 차이

• Windows는 \r\n (캐리지 리턴 + 줄바꿈)으로 줄을 나눕니다.
• macOS (및 대부분의 유닉스 계열 시스템)에서는 \n (줄바꿈)만 사용합니다.

주 스트림과 보조 스트림

1. 주 스트림 (Primary Stream)

주 스트림은 데이터 입출력 작업을 직접 처리하는 스트림입니다. 파일, 네트워크, 메모리 등에서 직접 데이터를 읽고 쓰는 스트림으로, 바이트 스트림과 문자 스트림을 포함합니다. 주 스트림은 입출력의 기본 역할을 하며, 데이터를 읽거나 쓰는 핵심 작업을 수행합니다.

바이트 스트림

• InputStream과 OutputStream을 상속하는 클래스들이 바이트 단위의 데이터를 처리합니다.
  • FileInputStream: 파일로부터 바이트 데이터를 읽음.
  • FileOutputStream: 파일로 바이트 데이터를 씀.

문자 스트림

• Reader와 Writer를 상속하는 클래스들이 문자 단위의 데이터를 처리합니다.

  • FileReader: 파일로부터 문자 데이터를 읽음.
  • FileWriter: 파일로 문자 데이터를 씀.

  이 두 클래스는 바이트 스트림(InputStream, OutputStream)과 달리 문자 스트림을 다루므로, 유니코드 기반의 다국어 데이터를 처리하는 데 적합합니다.

2. 보조 스트림 (Secondary Stream)

보조 스트림은 주 스트림을 감싸거나 연결하여 추가 기능을 제공하는 스트림입니다. 보조 스트림 자체는 데이터를 직접 입출력하지 않으며, 주 스트림에 성능 향상이나 데이터 변환 등의 부가적인 기능을 제공합니다. 예를 들어, 버퍼링, 데이터 변환(객체 직렬화), 필터링 등의 기능을 제공합니다.

보조 스트림의 주요 역할

• 버퍼링: 입출력 성능을 개선하는 역할을 합니다.
  • BufferedInputStream, BufferedReader: 데이터를 버퍼링하여 성능을 향상시킵니다.
• 데이터 변환: 기본 타입이나 객체를 스트림으로 변환하거나, 반대로 스트림에서 데이터를 변환해 처리합니다.
  • DataInputStream, DataOutputStream: 기본 데이터 타입(int, double 등)을 스트림에 쓰거나 읽을 수 있게 해줍니다.
  • ObjectInputStream, ObjectOutputStream: 객체를 직렬화해서 스트림으로 쓰거나, 역직렬화해서 객체로 복원할 수 있게 해줍니다.

버퍼링을 통한 성능 개선

파일 입출력 작업에서 버퍼링(Buffering)을 사용하면 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다. 버퍼를 사용하면 데이터가 일정 크기만큼 모일 때 한 번에 처리되므로, 입출력 속도가 빨라집니다.

* 버퍼링 클래스:

• BufferedInputStream, BufferedOutputStream: 바이트 스트림에서 사용.
• BufferedReader, BufferedWriter: 문자 스트림에서 사용.

버퍼를 사용하는 이유

컴퓨터의 입출력 장치(디스크, 네트워크, 키보드 등)와 프로그램 간에는 속도 차이가 큽니다. 프로그램이 처리 속도가 빠른 반면, 입출력 장치의 속도는 상대적으로 느리기 때문에, 작은 데이터를 여러 번 주고받을 경우 성능 저하가 발생할 수 있습니다.

버퍼를 사용하면 데이터를 한 번에 모아서 처리하여 입출력 작업의 빈도를 줄이고, 전체적인 성능을 개선할 수 있습니다. 이는 자바의 파일 IO 작업에서 특히 중요합니다.

• 버퍼를 사용하지 않는 입출력은 우편 배달부가 편지를 하나씩 배달하는 것과 같습니다. 매번 배달할 때마다 시간이 걸립니다.
• 버퍼를 사용하는 입출력은 편지를 일정량 모아서 한 번에 배달하는 것과 비슷합니다. 더 적은 배달 횟수로 더 많은 편지를 처리할 수 있습니다.

FileInputStream - 파일 내용 읽어오기

• 파일이 없으면 NullPointerException 발생

package io1;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class IOEx01 {
    public static void main(String[] args) {
        // FileInputString
		// 파일로부터 데이터를 읽기 위한 FileInputStream 변수 선언
        FileInputStream fls = null;   // (close하기 위해 위헤 따로 선언)
        
        try {
        // FileInputStram을 통해 특정 파일을 연다
            fls = new FileInputStream("/Users/leehayeon/Desktop/java/test.txt"); // 파일 경로 저장
            
            int data = fls.read();
            System.out.println(data);
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("[에러] " + e.getMessage());
        } finally {
            **try { fls.close(); } catch (IOException e) {}**  // 주로 한 줄로 처리
        }
    }
}

// 49

int data = fls.read(); 한 자씩 읽음
System.out.println((char)data); (char)로 변형해 출력

  try {
            fls = new FileInputStream("/Users/leehayeon/Desktop/java/test.txt");
            **int data = fls.read();
            System.out.println((char)data);**
            data = fls.read();
            System.out.println((char)data);
            data = fls.read();
            System.out.println((char)data);

        }

// 한 자가 아닌 파일 내용 모두 읽고 싶을 때
 try {

            fls = new FileInputStream("/Users/leehayeon/Desktop/java/test.txt");
			
            
            int data = 0;   // 읽은 데이터를 저장할 수 초기화
            // 파일 끝에 도달할 때까지 내용 읽기. 읽은 데이터를 문자로 변환해 출력한다.
            // 다국어는 읽을 수 없음
            // 엔터키도 포함해서 읽어 들임
            while( (data = fls.read()) != -1 ) {
                System.out.print((char)data);
            }
        }

FileOuptputStream - 파일에 쓰기

• 파일이 없으면 자동 생성

package io1;

import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class IOEx02 {
    public static void main(String[] args) {
        FileOutputStream fos = null;

        try {
        	// FileOutputStream을 통해 특정 파일을 생성 또는 열기
            // 파일이 없으면 파일 자동 생성
            fos = new FileOutputStream("/Users/leehayeon/Desktop/java/test2.txt");

            fos.write('a');  // 파일에 'a'문자 쓰기 (아스키 코드 값 97 저장됨)
            fos.write('b');  // 파일에 'b'문자 쓰기 (아스키 코드 값 98 저장됨)
            
            // 문자열을 직접 쓸 수 없음
            //fos.write("b")

            System.out.println("출력 완료");
        } catch (FileNotFoundException e) {
        	// 파일을 찾지 못했을 때 예외 처리
            System.out.println("[에러] " + e.getMessage());
        } catch (IOException e) {
        		// 파일 쓰는 도중 발생하는 입출력 오류 처리
                System.out.println("[에러] " + e.getMessage());
        } finally {
            try { fos.close();} catch (IOException e) { }
        }
    }
}

복사 - 읽는 대로 쓰기

package io1;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class IOEx03 {
    public static void main(String[] args) {
        // 파일 내용을 복사
        FileInputStream fis = null;
        FileOutputStream fos = null;

        try {
            fis = new FileInputStream("/Users/leehayeon/Desktop/java/test.txt");
            fos = new FileOutputStream("/Users/leehayeon/Desktop/java/newtest.txt");

            int data = 0;
            
            // 파일에서 데이터를 읽고, 읽은 값이 -1(파일의 끝)이 될 때까지 반복
            while ((data = fis.read()) != -1) {
                fos.write(data);
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("[애러] " + e.getMessage());
        } finally {
        		// 자원 해제: 입력 스트림과 출력 스트림이 null이 아닐 경우 닫기
                if (fis != null) { try { fis.close();} catch (IOException e) {}   // 스트림을 닫는 도중 발생하는 예외 처리
                if (fos != null) { try { fos.close();} catch (IOException e) {}
                }
                System.out.println("복사 완료");
            }
        }
    }
}

2차 스트림 : Buffer - 가속화

package io1;

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class IOEx4 {
    public static void main(String[] args) {
        FileInputStream fis = null;
        BufferedInputStream bis = null;

        try {
            fis = new FileInputStream("/Users/leehayeon/Desktop/java/test.txt");
            bis = new BufferedInputStream(fis);

            int data = 0;
            while((data = bis.read()) != -1) {
                System.out.print((char)data);
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("[에러] " + e.getMessage());
        } finally {
            if (fis != null) {try { fis.close(); } catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
            if (fis != null) {try { bis.close(); } catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
        }
    }
}

package io1;

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class IOEx4 {
    public static void main(String[] args) {
        FileInputStream fis = null;
        BufferedInputStream bis = null;

        try {
            //fis = new FileInputStream("/Users/leehayeon/Desktop/java/test.txt");
            //bis = new BufferedInputStream(fis);
            bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("/Users/leehayeon/Desktop/java/test.txt"));

            int data = 0;
            while((data = bis.read()) != -1) {
                System.out.print((char)data);
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("[에러] " + e.getMessage());
        } finally {
            //if (fis != null) {try { fis.close(); } catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
            if (bis != null) {try { bis.close(); } catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
        }
    }
}

buffer를 이용한 복사 - buffered를 이용해 가속화 장치를 만든 것

package io1;

import java.io.*;

public class IOEx05 {
    public static void main(String[] args) {
//        FileInputStream fis = null;
//        FileOutputStream fos = null;
        BufferedInputStream bis = null;
        BufferedOutputStream bos = null;

        try {
//            fis = new FileInputStream("/Users/leehayeon/Desktop/java/test.txt");
//            fos = new FileOutputStream("/Users/leehayeon/Desktop/java/test.txt");
            bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("/Users/leehayeon/Desktop/java/test.txt"));
            bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("/Users/leehayeon/Desktop/java/test.txt"));

            int data = 0;
            while ((data = bis.read()) != -1) {
                bos.write(data);
            }

        } catch (IOException e) {
            System.out.println("[애러] " + e.getMessage());
        } finally {
            if (bis != null) {
                try {
                    bis.close();
                } catch (IOException e) {
                }
                if (bos != null) {
                    try {
                        bos.close();
                    } catch (IOException e) {
                    }
                }
                System.out.println("복사 완료");
            }
        }
    }
}

파일 보다는 버퍼를 통해 관리하는 것이 훨 나을 것

FileReader - 다국어

package io1;

import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class IOEx06 {
    public static void main(String[] args) {
        FileReader fr = null;

        try {

            fr = new FileReader("/Users/leehayeon/Desktop/java/test.txt");

            int data = 0;
            while((data = fr.read()) != -1) {
                System.out.print((char)data);
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("[에러]" + e.getMessage());
        } finally {
            if (fr != null) {try {fr.close();} catch (IOException e) {} }
        }
    }
}

/*
1234567890
abcdefghijkl
가나다라마바
*/

FileWriter - 새로 파일 만들고 쓰기(기본 옵션)

package io1;

import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;

public class IOEx07 {
    public static void main(String[] args) {
        FileWriter fw = null;

        try {
		        **// 새로 파일 만들고 쓰기**
            fw = new FileWriter("/Users/leehayeon/Desktop/java/newtest.txt");

            // 줄바꿈은 직접 추가해야
            fw.write("hello");

            fw.write("\n");
            fw.write(System.lineSeparator());

            fw.write("hello");

            System.out.println("입력 완료");
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("[에러] " + e.getMessage());
        } finally {
            if (fw != null) {try {fw.close(); } catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
        }
    }
}

FileWrite도 가속화가 있나용 - BufferedReader ** 한 줄씩 읽을 수 있음 (String)

package io1;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class IOEx08 {
    public static void main(String[] args) {
        BufferedReader br = null;
        //FileReader fr = null;

        try {
//            fr = new FileReader("/Users/leehayeon/Desktop/java/test.txt");
            br = new BufferedReader(new FileReader("/Users/leehayeon/Desktop/java/test.txt"));

            int data = 0;
            while((data = br.read()) != -1) {
                System.out.print((char)data);
            }
            
            **String line = null;
            // 힌 줄씩 파일 끝까지 읽기
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }**
            
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("[에러]" + e.getMessage());
        } finally {
            if (br != null) {try {br.close();} catch (IOException e) {} }
        }
    }
}