백기선 - JAVA STUDY/WEEK13

목표

자바의 Input과 Ontput에 대해 학습하세요.

학습할 것 (필수)

• 스트림 (Stream) / 버퍼 (Buffer) / 채널 (Channel) 기반의 I/O
• InputStream과 OutputStream
• Byte와 Character 스트림
• 표준 스트림 (System.in, System.out, System.err)
• 파일 읽고 쓰기

스트림/버퍼/채널 기반의 IO

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• 스트림

  • FIFO
  • 단방향 이기 때문에 입력 스트림과 출력 스트림을 별도로 사용해야한다.
  • 연속된 데이터의 흐름으로 입출력 진행시 다른 작업을 할 수 없는 블로킹 상태가 된다.
  • 입출력 대상을 변경하기 편하며 동일한 프로그램 구조를 유지할 수 있다.

• 자바 NIO(New I/O)

  • 자바 1.4 버전부터 추가된 API로 넌블로킹 처리가 가능하며, 스트림이 아닌 채널을 사용한다.

• 버퍼

  • byte,char,int 등 기본 데이터 타입을 저장할 수 있는 저장소로서, 배열과 마찬가지로 제한된 크기에 순서대로 데이터를 저장한다.
  • 버퍼는 데이터를 저장하기 위한 것이지만, 실제로 버퍼가 사용되는 것은 채널을 통해서 데이터를 주고 받을 때 쓰인다.
  • 채널을 통해서 소켓, 파일 등에 데이터를 전송할 때나 읽어올때 버퍼를 사용하게 됨으로써 가비지량을 최소화 시킬 수 있게 되며, 이는 가비지 콜렉션 회수를 줄임으로써 서버의 전체 처리량을 증가시켜준다.

• 채널

  • 데이터가 통과하는 쌍방향 토로이며, 채널에서 데이터를 주고 받을 때 사용 되는 것이 버퍼이다.
  • 채널에는 소켓과 연결된 SocketChannel, 파일과 연결된 FileChannel, 파이프와 연결된 Pipe.SinkChannel과 Pipe.SourceChannel 등이 존재하며, 서버소켓과 연결된 ServerSocketChannel도 존재한다.

• IO vs NIO

  • IO 의 방식으로 각각의 스트림에서 read()와 write()가 호출이 되면 데이터가 입력 되고, 데이터가 출력되기전까지, 스레드는 블로킹(멈춤) 상태가 된다. 이렇게 되면 작업이 끝날때까지 기다려야 하며, 그 이전에는 해당 IO 스레드는 사용할 수 없게 되고, 인터럽트도 할 수 없다. 블로킹을 빠져나오려면 스트림을 닫는 방법 밖에 없다.
  • NIO 의 블로킹 상태에서는 Interrupt를 이용하여 빠져나올 수 있다.

   

구분	IO	NIO
입출력 방식	스트림	채널
버퍼방식	Non-Buffer	Buffer
비동기 방식 지원	x	o
Blocking/Non-Blocking 방식	Blocking Only	Both
사용 케이스	연결 클라이언트가 적고,IO가 큰 경우(대용량)	연결 클라이언트가 많고, IO 처리가 작은 경우(저용량)

InputStream 과 OutputStream

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• InputStream

  • 바이트 기반 입력 스트림의 최상위 추상 클래스
  • 모든 바이트 기반 입력 스트림은 이 클래스를 상속 받아서 만들어 진다.
  • 버퍼,파일 네트워크 단에서 입력되는 데이터를 읽어오는 기능을 수행한다.

   

메서드	설명
read()	입력 스트림으로부터 1바이트를 읽어서 바이트를 리턴
read(byte[] b)	입력 스트림으로부터 읽은 바이트들을 매개값으로 주어진 바이트 배열 b 에 저장하고 실제로 읽은 바이트 수를 리턴
read(byte[] b, int off, int len)	입력 스트림으로부터 len 개의 바이트만큼 읽고 매개값으로 주어진 바이트 배열 b[off] 부터 len 개까지 저장. 그리고 실제로 읽은 바이트 수인 len 개를 리턴. 만약 len 개를 모두 읽지 못하면 실제로 읽은 바이트 수를 리턴
close()	사용한 시스템 자원을 반납하고 입력 스트림 닫기

• OutputStream

  • 바이트 기반 출력 스트림의 최상위 추상 클래스
  • 모든 바이트 기반 출력 스트림은 이 클래스를 상속 받아서 만들어 진다.
  • 버퍼,파일,네트워크 단으로 데이터를 내보내는 기능을 수행한다.

   

메서드	설명
write(int b)	출력 스트림으로부터 1바이트를 보낸다.(b 의 끝 1바이트
write(byte[] b)	출력 스트림으로부터 주어진 바이트 배열 b의 모든 바이트를 보낸다.
write(byte[ ] b, int off, int len)	출력 스트림으로 주어진 바이트 배열 b[off] 부터 len 개까지의 바이트를 보낸다.
flush()	버퍼에 잔류하는 모든 바이트를 출력한다.
close()	사용한 시스템 자원을 반납하고 입력 스트림 닫기

Byte 와 Character 스트림

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• Byte Stream

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

   

• Character Stream

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

   

• 보조 스트림
  • FilterInputStream 과 FilterOutputStream을 상속받는 클래스들로 기본 스트림과 결합하여 특정 상황에서 보다 편리하게 사용할 수 있다.
  • BufferedInputStream/BufferedOutputStream: 버퍼를 사용해 입출력 효율과 편의를 위해 사용
  • BufferedReader/BufferedWriter: 라인단위의 입출력이 편리함
  • InputStreamReader/OutputStreamReader: 바이트 스트림을 문자 스트림처럼 쓸 수 있도록 하며 문자 인코딩 변환을 지원
  • DataInputStream/DataOutputStream: 자바 원시자료형 데이터 처리에 적합

표준 스트림

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표준 입출력 스트림의 종류는 java.lang 패키지의 System 클래스 내부에 static으로 선언되어 있으며 다음과 같다.

public final class System{
	public static final InputStream in;
	public static final PrintStream out;
	public static final PrintStream err;
	...
}

 

System.out은 콘솔 화면에 문자열을 출력하기 위한 용도로 사용되는 출력 스트림이다.

System.in은 키보드의 입력을 받아들이기 위해서 사용되는 입력 스트림이다.

System.out과 System.err는 둘다 출력 스트림이며

err은 버퍼링을 지원하지 않는다. 이것은 err이 보다 정확하고 빠르게 출력되어야 하기 때문이라고 한다. 버퍼링을 하던 도중 프로그램이 멈추면 버퍼링된 내용은 출력되지 않기 때문이다.

파일 읽고 쓰기

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텍스트 파일인 경우 문자 스트림 클래스들을 사용하면 되고, 바이너리 파일인 경우 바이트 스트림을 기본적으로 사용한다.

입출력 효율을 위해 Buffered 계열의 보조 스트림을 함께 사용하는 것이 좋다.

텍스트 파일인 경우

BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("a.txt"));
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("b.txt"));
String s;
while((s=br.readLine()) != null){
	bw.write(s+"\n");
}

 

 

이진 파일인 경우

BufferedInputStream is = new BufferedInputStream(new FileInputStream("a.jpg"));
BufferedOutputStream os = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("b.jpg"));
byte[] buffer = new byte[16834];
while(is.read(buffer) != -1){
	os.write(buffer);
}