📕자바 I/O와 스트림(Char, Byte, String)

🏷️자바 I/O

데이터의 입력과 출력을 처리하는 기능을 담당하며, 파일, 네트워크, 메모리 등 다양한 데이터 소스와의 데이터 송수신을 관리함.

• 프로그램은 데이터를 처리하는 과정에서 입력과 출력이 필수적인 부분임.
• 사용자로부터 입력을 받아 처리한 결과를 다시 출력하는 것은 프로그램의 기본적인 동작임.

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🏷️스트림

데이터가 단방향으로 흐르는 연속적인 데이터 흐름

• 데이터의 흐름을 추상화한 것으로 데이터의 일관된 입출력 처리를 가능하게 함.

• 데이터를 읽고 쓰기 위해서는 각각 다른 스트림이 필요함.

• 메모리, 파일, 네트워크 등 어디에서 오는 데이터이든 동일한 방식으로 처리할 수 있음.

• 바이트 스트림 과 문자 스트림 으로 나뉨.
  
  

바이트 스트림 🆚 문자 스트림

☝🏼바이트 스트림

사람이 읽을 수 없는 데이터(동영상, 이미지 등)일 때 사용

• 8bit를 처리하며, 바이너리 데이터를 처리하는데 적합
• InputStream 과 OutputStream 의 하위 클래스

❓바이너리 데이터 처리하는 경우
➡️ FileInputStream 이나 FileOutputStream 과 같은 바이트 스트림 사용

✌🏼문자 스트림

사람이 읽을 수 있는 데이터(html, json 파일 등)일 때 사용

• 16비트 유니코드 문자를 처리하며, 문자 데이터를 처리하는데 적합
• Reader 와 Writer 의 하위 클래스

❓텍스트 데이터 처리하는 경우
➡️ FileReader 나 FileWriter 와 같은 문자 스트림 사용

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🏷️클래스 종류와 내용

>> img ref.

☝🏼Byte Stream Classes

1. File 클래스
   • 파일 시스템의 파일을 다루는 데 사용
   • 파일 생성, 이름 변경, 삭제, 경로 가져오기 등의 기능을 제공 

2. InputStream / OutputStream 클래스
   • 바이트 기반 스트림의 최상위 클래스로, 이진 데이터를 다루는 데 사용 

3. FileInputStream / FileOutputStream 클래스
   • InputStream 과 OutputStream 의 서브 클래스로, 파일에서 바이트를 읽거나 쓰는데 사용 

4. BufferedInputStream / BufferdOutputStream 클래스
   • 버퍼를 제공하여 입출력 성능을 향상시킴.
   • 큰 데이터 처리할 때 유용  

✌🏼Character Stream Classes

1. Reader / Writer 클래스
   • 문자 기반 스트림의 최상위 클래스로, 텍스트 데이터를 다루는 데 사용 

2. FileReader / FileWriter 클래스
   • Reader 와 Writer 의 서브 클래스로, 파일에서 문자를 읽거나 쓰는데 사용 

3. BufferedReader / BufferdWriter 클래스
   • 버퍼를 제공하여 입출력 성능을 향상시킴
   • 큰 텍스트 데이터를 처리할 때 유용 

4. PrintWriter 클래스
   • 텍스트 데이터를 쓰는 데 사용 

5. Scanner 클래스
   • 텍스트 데이터를 파싱하는 데 유용한 메소드 제공

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🏷️File 클래스

디스크의 파일이나 디렉토리를 표현하며 입출력 기능은 없음

• 주로 파일이나 디렉토리의 정보를 확인하거나 생성하거나 삭제하는 등의 작업에 사용됨
• java.io.RandomAccessFile 클래스는 입출력 스트림 중 유일하게 파일에 대한 입력과 출력을 동시에 할 수 있음.
• 파일 포인터를 이용해 파일의 임의의 위치에서 읽고 쓸 수 있어 랜덤 액세스라는 이름이 붙음.
• 크게 파일에서 읽고 쓰는 작업과 파일 포인터를 이동시키는 작업으로 나뉨.

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🏷️I/O Read/Write

• FileInputStream, FileOutputStream, FileReader, FileWriter 등의 클래스 제공

e.g.

import java.io.*;

public class ExampleIO {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 파일에서 데이터 읽기
            FileInputStream fis = new FileInputStream("example.txt");
            int i;
            while ((i = fis.read()) != -1) { // -1 -> 파일의 끝 
                System.out.println((char) i);
            }
            fis.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        try {
            // 파일에서 데이터 쓰기
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("example.txt");
            String str = "Hello, world";
            fos.write(str.getBytes());
            fos.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

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🏷️버퍼링

데이터를 일시적으로 담아두는 역할

• BufferedInuptStream, BufferedOutputStream, BufferedReader, BufferedWriter 등의 클래스들이 버퍼링을 제공함
• 위의 클래스들은 내부적으로 데이터를 버퍼에 저장해 두었다가 한번에 입출력을 수행하여 성능을 향상시킴

e.g.

📑BufferdReader를 사용해 텍스트 파일을 한 줄씩 읽어오는 코드

import java.io.*;

public class BufferedReaderExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("input.txt"))) {
            String line;
            while ((line = reader.readline()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

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🏷️데이터 입출력

• DataInputStream, DataOutputStream 클래스를 통해 데이터 타입의 값을 편리하게 읽고 쓸 수 있음.

e.g.

📑클래스를 사용해 기본 데이터 타입 값을파일에 쓰고 읽는 코드

import java.io.*;

public class DataStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (DataOutputStream dos = new DataOutputStream(new FileOutputStream("data.bin"))) {
            dos.write(10);
            dos.writeDouble(3.14);
            dos.writeUTF("Hello, world!");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        try (DataInputStream dis = new DataInputStream(new FileInputStream("data.bin"))) {
            int i = dis.readInt();
            double d = dis.readDouble();
            String s = dis.readUTF();
            
            System.out.println("Read values: " + i + ", " + s);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

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🏷️객체 직렬화

객체를 바이트 스트림으로 변환하는 과정

• 객체의 상태를 파일에 저장하거나 네트워크를 통해 전송할 수 있음.
• ObjectOutputStream, ObjectInputStream 클래스를 사용해 객체 직렬화와 역직렬화를 수행할 수 있음.

e.g.

📑Student.java

import java.io.*;

class Student implements Serializable {
    String name;
    int age;
    
    Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

📑"student.obj" 파일에 작성하고 읽어오는 코드

public class ObjectStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        Student s = new Student("John", 20);
        
        try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("student.obj"))) {
            oos.writeObject(s);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("student.obj"))) {
            Student loaded = (Student) ois.readObject();
            System.out.println("Loaded student: " + loaded.name + ", " + loaded.age);
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

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🏷️I/O 예외처리 상황 및 방법

👉🏼 자바의 입출력 처리는 다양한 이유로 예외가 발생할 수 있음

• 입출력에서 발생하는 대부분의 예외는 IOException 클래스의 하위 클래스임
• 따라서 IOException 을 처리하면 대부분의 입출력 예외를 처리할 수 있음

e.g.

📑FileNotFoundException -> 존재하지 않는 파일을 읽으려는 경우

try {
    FileInputStream fis = new FileInputStream("non_existent_file.txt");
} catch (FileNotFoundException e) {
    System.out.println("File not found!");
}

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🏷️I/O 예외처리 종류

• 입출력 처리에서 발생할 수 있는 예외에는 IOException, FileNotFoundException, EOFException 등이 있음

e.g.

import java.io.*;

public class ExceptionExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt");
            DataInputStream dis = new DataInputStream(fis);
            
            while (true) {
                int num = dis.readInt();
                System.out.println(num);
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.out.println("해당 파일을 찾을 수 없습니다." + e.getMessage());
        } catch (EOFException e) {
            System.out.println("파일 끝에 도달했습니다.");
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("파일 읽기에 실패했습니다." + e.getMessage());
        }
    }
}