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프로그래밍/Java

20.01.29) Java - Input&Output

DevJun 2020. 1. 29. 18:31

목차

  • I/O Stream
  • 문자 스트림

핵심

  • Stream이란 데이터의 이동 통로이다

Stream이란?

스트림을 데이터의 이동 통로이다. close()를 하는 이유는 스트림에 할당된 자원을 반환하는 용도이다. 그리고 입력이나 출력이 끝났는 그 통로를 그대로 둘 필요가 없다.
기본적인 데이터의 입출력 단위는 바이트이고, 바이트 단위로 데이터를 입력 및 출력하는 스트림을 가리켜 '바이트 스트림'이라 한다. 왜 바이트일까? 생각해보면 컴퓨터의 모든 프로그램은 0과1로 이루어진 이진수이다. 그렇기 때문에 아무리 한글로 써있다고 해도 0과1로 바뀐다. 그래서 데이터의 기본 입출력 단위가 숫자인 바이트이다.

Stream과 I.O Stream의 차이는?

map, reduce를 제공하는 Stream은 배열, 컬렉션에 담긴 데이터를 가공할 때 사용한다. 하지만 I.O Stream은 데이터를 입력받고 출력할 때 사용한다. 자바는 입출력 대상에 상관없이 동일한 방법으로 입출력을 진행할 수 있도록 I/O모델을 정의했다. 정확히 표현하자면 입출력 대상에 따른 입출력을 돕는 인스턴스는 다르지만 이들의 메서드는 똑같다. ex) read, write ...

try-with-resources문

보다 안정적인 close 메서드의 호출이 보장된다.

public class Write7ToFile3 {
    public static void main(String[] args) {
        output();
        input();
    }

    private static void input() {
        try (InputStream in = new FileInputStream("data.dat")){
            int dat = in.read();
            System.out.println(dat);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private static void output() {
        try(OutputStream out = new FileOutputStream("data.dat")) {
            out.write(7);
        }
        catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

FileInputStream, FileOutputStream의 read()와 write()

  • read()는 파일로부터 읽어 들인 1바이트 유요한 데이터에 3바이트의 0을 채워서 4바이트 int형 데이터로 반환한다. 반면 스트림의 끝에 도달해서 더 이상 읽어 들일 데이터가 없는 경우 -1을 반환한다.
  • write()는 인자로 전달되는 int형 데이터의 첫 번째 바이트만을 파일에 저장한다.
// kilobyte로 읽고 복사하는 예제
public class BytesFileCopier {
    public static void main(String[] args) {
        copyPaste();
    }

    private static void copyPaste() {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("원본 파일 : ");
        String source = scanner.nextLine();

        System.out.print("복사 파일 : ");
        String destination = scanner.nextLine();

        try(InputStream in = new FileInputStream(source);
            OutputStream out = new FileOutputStream(destination)){
            byte[] buf = new byte[1024];
            int len;

            while (true) {
                len = in.read(buf);
                if(len == -1) {
                    break;
                }
                out.write(buf, 0, len);
            }
        } catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

필터스트림

필터스트림은 이전에 본 FileInputStream과는 다르게 기능을 보조하는 성격의 스트림이다. 우리는 지금까지 4byte 단위로 파일을 읽을 수 있지만 4byte인 int형 자료형을 사용하진 못한다. 필터 스트림인 4바이트를 읽더라도 int형으로 바꿔주는 역할을 한다. 말그대로 입력하고 출력하는 데이터를 필터로 걸러낸다.

public class DataFilterOuputStream {
    public static void main(String[] args) {
        outputFilterStream();
        inputFilterStream();
    }

    private static void outputFilterStream() {
        try(DataOutputStream out
                    = new DataOutputStream(new FileOutputStream("data.md"))){
            out.writeInt(370);
            out.writeDouble(370.123);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private static void inputFilterStream() {
        try(DataInputStream in
                    = new DataInputStream(new FileInputStream("data.md"))){
            int num = in.readInt();
            double num2 = in.readDouble();

            System.out.println(num);
            System.out.println(num2);

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

    }
}

퍼버링 기능을 제공하는 필터 스트림

필터 스트림 중에서 상대적으로 사용 빈도수가 높은 두 필터 스트림은 BufferedInputStream, BufferedOutputStream이다. 버퍼 스트림은 기본적으로 1byte씩 데이터를 입력하고 출력한다. 하지만 기본 입력, 출력 스트림보다 속도가 빠르다. 이유는 바로 내부에 버퍼(메모리 공간)을 가지고 있기 때문이다.

버퍼는 마치 트럭과 같아서 입력을 받을 때 파일로 매번 접근하는 것이 아니라 트럭 한대를 끌고 가서 트럭 크기 만큼 받아온다. 받아 온 뒤 1byte씩 데이터를 읽는다. 이게 왜 속도가 빠르냐면 매번 1바이트씩 파일에 접근하면 속도가 느릴 수밖에 없다. 한번 갈 때 왕창 받아서 오는 것이다. 이 트럭을 버퍼라고 하고, 트럭을 가득 채워서 이동하는 것을 버퍼링이라 한다.

파일에 기본 자료형 데이터를 저장하고 싶은데, 버퍼링 기능도 추가하고 싶을 때!!

아까 파일에 기본 자료형 데이터를 저장할 때는 DataInputStream을 기본 스트림에 연결해 사용했다. 여기에 버퍼링 스트림을 연결하려면 순서가 어떻게 될까?

  • 프로그램 - DataOutputStream -> BufferedOutputStream -> FileOutputStream
public class BufferedDataOutputStream {
    public static void main(String[] args) {
        bufferedOutput();
        bufferedInput();
    }

    private static void bufferedOutput() {
        try(DataOutputStream out
                    = new DataOutputStream(
                            new BufferedOutputStream(
                                    new FileOutputStream("data.md")))){
            out.writeInt(123);
            out.writeDouble(123.123);

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

    private static void bufferedInput() {
        try (DataInputStream in =
                new DataInputStream(
                        new BufferedInputStream(
                                new FileInputStream("data.md")))) {
            System.out.println(in.readInt());
            System.out.println(in.readDouble());

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

문자 스트림의 이해와 활용

입출력 과정에서 '데이터의 변화 없이'바이트 단위로 데이터를 입력 및 출력하는 것이 입출력의 기본이다. 그러나 문자를 입출력할 때에는 약간의 데이터 수정이 필요하다. 자바에서는 이를 위해서 문자 스트림을 제공한다. 그런데 왜 문자를 처리할 때 따로 문자 스트림을 만들었을까?

이는 문자가 각 운영체제에서 저장되는 방식이 다르기 때문이다. 문자는 기본적으로 유니코드 형식으로 저장된다. 자바에서 작성한 문자를 출력해 메모장에 옮기려면 각 운영체제에 맞는 유니코드로 변경해서 보내야 한다. 하지만 이건 너무 번거로운 일이다. 그래서 자바가 대신 운영 체제에 맞게 변환해주는 것이다.

public class SimpleWriter {
    public static void main(String[] args) {
        simpleWriter();
        simpleReader();
    }

    private static void simpleReader() {
        try(Reader in = new FileReader("data.md")) {
            System.out.println(in.read());
        }catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private static void simpleWriter() {
        try(Writer out = new FileWriter("data.md")) {
            out.write("abc");
            out.write("def");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

FileReader & FileWriter

문자 스트림의 가장 부모 클래스는 Reader, Writer이다. 직관적으로 잘 지었다. 이를 기본으로 각 객체의 역할에 따라 부모 클래스를 상속한다. 구현은 객체에게 자율로 맡겨진다. 이게 객체지향 프로그래밍의 핵심이다.

public class TextReader {
    public static void main(String[] args) {
        textReader();
    }

    private static void textReader() {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("읽을 파일 : ");
        String source = scanner.nextLine();

        try (BufferedReader in =
                     new BufferedReader(new FileReader(source))) {
            String ch;
            while (true) {
                ch = in.readLine();
                if (ch == null) {
                    break;
                }
                System.out.println(ch);
            }
        }catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

BufferedReader & BufferedWriter

input & output 스트림에도 BufferedInputStream & BufferedOutputStream 있는 것처럼 문자 스트림에도 BufferedReader & BufferedWriter가 존재한다. 한번에 훨씬 많은 양을 읽고 쓸 수 있다.

public class StringWriter {
    public static void main(String[] args) {
        stringWriter();
        stringReader();
    }

    private static void stringWriter() {
        String string1 = "공부에 있어서 돈이 꼭 필요한 것은 아니다.";
        String string2 = "Life is long if you know how to use it.";

        try (BufferedWriter br =
                     new BufferedWriter(new FileWriter("data.md"))){
            br.write(string1, 0, string1.length());
            br.newLine();
            br.write(string2, 0, string1.length());

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

        private static void stringReader() {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("읽을 파일 : ");
        String source = scanner.nextLine();

        try (BufferedReader br =
                new BufferedReader(new FileReader(source))) {
            String line;
            while(true) {
                line = br.readLine();
                if (line == null) {
                    break;
                }
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

}

IO 스트림 기반의 인스턴스 저장

IO 스트림을 이용하면 객체의 인스턴스도 저장할 수 있다. 이렇게 객체를 저장하는 것을 객체 직렬화(Object Serialization)이라고 한다. 반대로 꺼내는 것을 역 객체 직렬화라고 한다. 이 과정은 ObjectInputStream & ObjectOutputStream을 통해 이루어진다. 이 둘은 필터 스트림으로 기본 스트림에 연결해서 사용한다.

입출력의 대상이 되는 인스턴스의 클래스는 java.io.Serializable을 구현해야 한다. 따로 오버라이딩할 메서드는 없다.

public class ObjectOutput {
    public static void main(String[] args) {
        objectOutput();
        objectInput();
    }

    private static void objectOutput() {
        SBox sBox1 = new SBox("Robot");
        SBox sBox2 = new SBox("Strawberry");

        try (ObjectOutputStream oo =
                new ObjectOutputStream(
                        new FileOutputStream("object.bin"))) {
            oo.writeObject(sBox1);
            oo.writeObject(sBox2);

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

    }

    private static void objectInput() {
        try (ObjectInputStream oi =
                new ObjectInputStream(new FileInputStream("object.bin"))) {

            SBox sBox1 = (SBox) oi.readObject();
            System.out.println(sBox1.getS());
            SBox sBox2 = (SBox) oi.readObject();
            System.out.println(sBox2.getS());


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