Week13(I/O)

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

스트림 (Stream)

스트림( Stream )이란 단일 방향으로 연속적으로 흘러가는 것을 의미한다.

즉, 자료의 입출력을 도와주는 중간 매개체라고 생각하면 되겠다

데이터를 어떤 방식으로 전달하느냐에 따라서 2가지로 나뉜다

바이트 스트림(Byte Stream)
- 데이터를 Byte 단위로 주고 받는 것을 의미
- binary 데이터를 입출력하는 스트림
- 이미지, 동영상등 모든 종류의 데이터들을 송수신할 떄 주로 사용
- 대표적인 바이트 스트림에는 데이터 입력의 InputStream과 데이터 출력의 OutputStream이 있고 이 두 추상 클래스는 byte기반 stream의 최고 조상이다
문자 스트림 (Character Stream)
- 문자 단위로 인코딩 처리를 하는 스트림
- 텍스트 파일등을 송수신할 떄 주로 사용

하지만 이 두 stream은 모두 처음에는 Byte로 받아들이는 것은 동일하다. 그리고 해당 Stream이 알아서 처리를 해준다.

버퍼 (Buffer)

버퍼 (Buffer)란 데이터를 전송하는 상호 간의 장치에서 고속의 장치와 저속의 장치 간의 속도 차이로 인해 저속의 장치가 작업을 추리하는 동안, 고속의 장치가 기다려야하는 현상을 줄여주는 기술이며 데이터를 임시 저장하는 공간을 의미한다. 그리고 임시저장장치로 불리운다.

그림으로 버퍼를 사용하는 경우와 사용하지 않는 경우를 확인해봤다

이렇게 버퍼를 사용하면, 운영체제의 API 호출 횟수를 줄여서 입출력 성능을 개선할 수 있다.

(알고리즘 문제 풀때 Scanner 방식과 BufferedReader방식이 있었는데 buffer의 개념을 이렇게 알고 나니까 신기했다.)

채널 (Channel)

채널은 한 마디로 서버와 클라이언트간의 통신 수단을 나타낸다. 즉 한 개 이상의 확실한 입출력 작업을 수행할 수 있는 개방된 연결을 나타낸다.

채널은 비동기적으로 닫히고 중단될 수 있기 때문에 한 스레드가 한 채널의 입출력 작업으로 블록화 되면, 다른 스레드가 블록화된 스레드를 중단시킬 수 있다. 그래서 파일입출력에서 블록화된 스레드를 언제나 중지시킬 수 있으며, 이를 통해서 네트워크에서 non-blockin 입출력이 가능해짐

읽, 쓰기를 동시에 할 수 있는 것이 특징이며 채널의 기본 입출력 버퍼는 BtyeBuffer 이기 떄문에 데이터 형에 맞는 전용 메모리 공간을 가지고 있다.

InputStream, OutputStream

InputStream이란

위에서도 언급했지만 바이트 기반의 입력 스트림의 최상위 클래스(추상 클래스)이다. 그 의미는 모든 바이트 기반 입력 스트림은 이 클래스를 상속받아서 만들어진다.

InputStream 클래스의 메소드들

int available() : 현재 읽을 수 있는 바이트 수를 반환
void close() : 현재 열려있는 InputStream을 닫는다
void mark(int readlimit) : InputStream에서 현재의 위치를 표시
boolean markSupported() : 해당 InputStream에서 mark()로 지정된 지점이 있는지에 대한 여부를 확인
abstract int read() : InputStream에서 한 바이트를 읽어서 int 값으로 반환
int read(byte[] b) : 인자 만큼의 데이터를 읽어서 b에 저장하고 읽은 바이트 수 반환
int read(byte b, int off, int len) : len만큼 읽어서 b의 off위치에 저장하고 읽은 바이트 수 반환
void reset() : mark()를 마지막으로 호출한 위치로 이동
long skip(long n) : InputStream에서 n바이트 만큼 데이터를 스킵하고 바이트 수를 반환

OutputStream이란

위에서도 언급했지만 바이트 기반의 입력 스트림의 최상위 클래스(추상 클래스)이다. 그 의미는 모든 바이트 기반 출력 스트림은 이 클래스를 상속받아서 만들어진다.

OutputStream 클래스의 메소드들

void close() : OutputStream을 닫는다
void flush() : 버퍼에 남아있는 출력 스트림을 출력
void write(byte[] b) : 버퍼의 내용을 출력
void write(byte[] b, int off, int len) : b 배열 안에 있는 시작 off부터 len만큼 출력
abstract void write(int b) : 정수 b의 하위 1바이트를 출력

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

System 클래스는 실행시간 환경과 관련된 속성과 메소드를 가지고 있다.

System 클래스에서 제공되는 out과 in을 이용한 표준 입력, 출력, 에러 출력에 관한 클래스 변수, 외부적으로 정의된 프로퍼티 및 환경 변수의 접근, 파일 및 라이브러리의 로딩 방법, 객체를 복사해주는 메소드와 프로그램을 작성할 때 사용할 수 있는 유용한 메소드

System.in

System.in 의 변수 타입이 InputStream 형태로 지정이 되어있다.

위에서 언급했지만 InputStream은 최상위 클래스이면서 추상 클래스이기 때문에 InputStream은 객체를 생성할 수 없는 클래스다

System.in 을 통해서 접근하는 객체는 JVM이 메모리로 올라오면서 미리 객체를 생성해 두는 대표적인 객체이다. 자료형이 InputStream이기 떄문에 바이트 단위로만 입출력된다.

키보드에서 입력하는 자료는 때에 따라서 두 바이트가 합쳐져야 의미를 가지는 경우가 있다. 그래서 System.in을 통해서 읽을 때는 영문과 한글의 처리를 분리해서 구성해야 잘 인식된다.

System.out

가장 흔하게 System.out.println으로 사용하면서 본 함수이다

System.out 변수는 표준 출력 장치 객체를 가리키는 대표적인 출력 변수이다.

System.out은 PrintStream 타입으로 되어있는데 여기서 PrintStream이란 OutputStream 클래스의 후손 클래스로 Exception을 안전하게 처리할 메소드로만 구성이 되어있다. 그래서 굳이 try-catch 문 같이 따로 처리를 해주지 않아도 괜찮다

System.err

System.err 객체는 표준 에러 출력 장치를 의미한다. 오류가 발생하게 되면 System.err로 알려줘야 하는 내용이 나온다고 생각하면 된다.

System.err 는 PrintStream 클래스 타입으로 System.out을 사용하는 방법과 같다.

파일 읽고 쓰기

자바에서 파일을 읽고 쓰는 방법은 자바의 내장 클래스인 FileWriter, BufferedWriter, FileReader, BufferedReader를 사용한다

여기서 파일 쓰기를 위한 BufferedWriter와 FileWriter의 객체를 사용할 때 try-catch의 마지막 finally block에서 null check 및 close()하는 코드를 삽입해 줘야 하는데, 여기서는 java 7에 도입된 try catch with resources을 사용해서 진행해보았다.

이것은 try catch block에서 생성한 객체를 자동으로 close() 해주는 향상된 try catch문법이다

import java.io.*;

public class Main{
    public static void main(String[] args) {
      //파일을 쓰는(없으면 생성)하는 코드
        try(
          //여기서 객체를 생성하게되면 try가 종료되고 나서 자동으로 close된다
                FileWriter fw = new FileWriter("Testing.txt", true);
                BufferedWriter bw = new BufferedWriter(fw);
                )
        {
          //버퍼에 데이터를 넣고
            bw.write("first Test");
          //버퍼에 새로운 줄을 넣어주고
            bw.newLine();
            bw.write("Second Test");
            bw.newLine();
          //버퍼의 내용을 파일에 작성
            bw.flush();
        }catch(IOException e){
            System.out.println(e);
        }

        File f = new File("Testing.txt");
      //파일이 존재하고 있는 지 확인
        if(f.isFile()){
            System.out.println("Testing.txt 파일이 이미 존재합니다.");
        }

      //파일을 읽는 코드
        try(
                FileReader rw = new FileReader("Testing.txt");
                BufferedReader br = new BufferedReader(rw);
                ){
            String readLine = null;
          //만약 읽을라인이 없다면 null을 리턴한다
            while((readLine = br.readLine()) != null){
                System.out.println(readLine);
            }
        }catch (IOException e){
            System.out.println(e);
        }


    }
}