[자바의 정석] 15장 입출력 I/O
January 10, 2022
입출력이란?
I/O란 Input과 Output의 약자로 입력과 출력, 단단히 줄여서 입출력이라고 한다. 입출력은 컴퓨터 내부 또는 외부의 장치와 프로그램간의 데이터를 주고받는 것을 말한다.
- 이번 포스팅에서는 이러한 것들이 있다고 간단하게 익히고 필요할 때마다 찾아가는 식으로 하면 좋을 것 같다.
스트림(stream)
자바에서 입출력을 수행하려면, 두 대상을 연결하고 데이터를 전송할 수 있는 무언가가 필요한데 이것을 스트림(stream)이라고 한다.
- 이전 장(14장)의 스트림과 같은 용어를 쓰지만 다른 개념이다.
-
단방향 통신만 가능하다.
- 입출력을 동시에 수행하려면 입력을 위한 입력스트림(input stream)과 출력을 위한 출력스트림(output stream) 모두 2개의 스트림이 필요하다.
- 스트림은 먼저 보낸 데이터를 먼저 받게 되어있으며 중간에 건너뜀 없이 연속적으로 데이터를 주고받는다. (FIFO)
스트림이란 데이터를 운반하는데 사용되는 연결 통로이다.
바이트 기반 스트림
스트림은 바이트 단위로 데이터를 전송하며 입출력 대상에 따라 다음과 같은 입출력 스트림이 있다.
-
InputStream, OutputSteram을 구현할 때 read(), write()를 구현해야지만 다른 함수들도 다 사용 가능하다.
- 다른 함수들은 read(), write()를 기반으로 만들어진 함수들이기 때문
- 위의 사진에 나온 함수들만 잘 쓸줄알면 데이터를 읽고 쓰는 것은 입출력 대상의 종류에 관계없이 잘 할 수 있다.
public abstreact class InputStream{
...
// 입력스트림으로부터 1byte를 읽어서 반환한다. 읽을 수 없으면 -1을 반환한다.
abstract int read();
// 입력스트림으로부터 len개의 byte를 읽어서 byte배열 b의 off위치부터 저장한다.
int read(byte[] b, int off, int len){
...
for(int i=off; i<off+len; i++){
// read()를 호출해서 데이터를 읽어서 배열을 채운다.
b[i] = (byte) read();
}
}
// 입력스트림으로부터 byte배열 b의 크기만큼 데이터를 읽어서 배열 b에 저장한다.
int read(byte[] b){
return read(b, 0, b.length);
}
}보조스트림
볻조스트림은 스트림의 기능을 보완하기 위한 것으로, 실제 데이터를 주고받는 스트림이 아니기 때문에 데이터를 입출력할 수 있는 기능은 없지만, 스트림의 기능을 향상시키거나 새로운 기능을 추가할 수 있다.
//기반 스트림 생성
FileInputStream fis = new FileInputStream("test.txt");
// 기반스트림을 이용해서 보조스트림을 생성한다
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);
bis.read(); // 보조스트림인 BufferedInputStream으로부터 데이터를 읽는다.-
코드상으로는 보조스트림인 BufferedInputStream이 입력기능을 하는것으로 보이지만 실제 기능은 BufferedInputStream와 연결된 FileInputStream이 수행한다.
- 보조스트림인 BufferedInputStream은 버퍼만 제공한다.
- 버퍼를 사용한 입출력은 성능 향상이 상당하기에 대부분 버퍼를 이용한 보조스트림을 사용한다.
- 모든 보조스트림 역시 InputStream과 OutputSTream의 자손들이므로 사용법은 같다.
바이트 기반 스트림 상세
InputSTream과 OutputStream은 모든 바이트 기반 스트림의 조상이며 다음과 같은 메서드를 가지고있다.
import java.io.*;
import java.util.Arrays;
public class IOEx3 {
public static void main(String[] args){
byte[] inSrc = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
byte[] outSrc = null;
byte[] temp = new byte[4];
ByteArrayInputStream input = null;
ByteArrayOutputStream output = null;
input = new ByteArrayInputStream(inSrc);
output = new ByteArrayOutputStream();
System.out.println("Input Source : "+ Arrays.toString(inSrc));
try{
while(input.available() > 0){
input.read(temp);
output.write(temp);
outSrc = output.toByteArray();
printArrays(temp, outSrc);
}
}catch(IOException e){}
}
static void printArrays(byte[] temp, byte[] outSrc){
System.out.println("temp : " + Arrays.toString(temp));
System.out.println("output Source: " + Arrays.toString(outSrc));
}
}위의 예시를 실행하면 결과는 다음과 같다
마지막에 출력하는 배열의 9번째와 10번째 값이 이전 출력값인 6,7 이 출력된다.
- 보다 나은 성능을 위해서 temp에담긴 내용을 지우고 쓰는 것이 아니라 기존 내용위에 덮어 쓰는 것이기 때문이다.
따라서 코드를 다음과 같이 변경해주어야 한다.
while(input.availabe() > 0){
int len = input.read(temp);
output.write(temp, 0, len);
}즉 읽어온 만큼만 출력하도록, 읽어온 만큼만 write하는 것이다.
FileInputSTream 과 FileOutputStream
FileInputSTream 과 FileOutputStream은 이름처럼 파일에 입출력을 하기 위한 스트림이다. 실제 프로그래밍에서 많이 사용되는 스트림중 하나이므로 잘 익혀두자.
바이트 기반의 보조 스트림
FilterInputStream, FilterOutputStream
FilterInputStream과 FilterOutputStream은 InputStream, OutputStream의 자손이면서 모든 보조스트림의 조상이다.
protected FilterInputStream(InputStream in);
public FliterOutputStream(OutputStream out);하지만 FilterInputStream의 생성자는 protected이므로 FilterInputStream자체를 바로 쓸 수는 없고 반드시 오버라이딩 해서 사용해야한다.
따라서 FilterInputStream/FilterOutputStream을 상속받아서 구현한 보조스트림 클래스는 다음과 같다
FilterInputStream의 자손
- BufferedInputStream
- DataInputStream
- PushbackInputStream
FilterOutputStream의 자손
- BufferedOutputStream
- DataOutputStream
- PrintSTream
BufferedInputStream과 BufferedOutputStream
- 바이트 단위가 아닌 버퍼 크기만큼 데이터를 읽어서 자신의 내부 버퍼의 저장하기 때문에 작업효율이 좋으므로 많이 사용한다.
-
버퍼가 가득 찼을 때만 출력소스에 출력을 하기 때문에, 모든 출력작업을 마친 후에는 colse()나 flush()를 호출해서 버퍼에 있는 모든 내용이 출력 내용이 출력되도록 해야한다.
DataInputSTream과 DataOutputStream
데이터를 읽고 쓰는데 있어서 byte단위가 아닌 8가지 기본 자료형의 단위로 읽고 쓸 수 있다는 장점이 있다.
-
여러가지 종류의 자료형을 출력한 경우, 읽을 때는 반드시 쓰인 순서대로 읽어야 한다.
SequenceInputStream
여러개의 입력스트림을 연속적으로 연결해서 하나의 스트림으로부터 데이터를 읽는 것 같이 처리할 수 있도록 도와준다
-
큰 파일을 여러개의 작은 파일로 나누었다가 하나의 파일로 합치는 것과 같은 작업을 수행할 때 사용하면 좋다.
사용 예는 다음과 같다
// ex1)
Vector files = new Vector();
files.add(new FileInputStream("file.001"));
files.add(new FileInputStream("file.002"));
SequenceInputStream in = new SequenceInputStream(files.elements());
// ex2)
FileInputStream file1 = new FileInputStream("file.001");
FileInputStream file2 = new FileInputStream("file.002");
SequenceInputStream in = new SequenceInputStream(file1, file2);PrintStream
- 데이터를 다양한 양식으로 출력할 수 있도록 기능을 제공하는 보조스트림이다.
- System.out 이 printStream이다.
- JDK1.1에서부터 printStream보다 향상된 PrintWriter가 추가되었으나 System.out이 PrintStream이라 이를 사용하게 되지만 다양한 언어의 문자를 처리하는데는 PrintWriter가 적합하기 때문에 가능하면 PrintWriter를 사용하자.
문자열 형식화 양식
문자기반 스트림
문자데이터를 다루는데도 스트림이 똑같이 사용된다. 단 앞에서 사용하는 바이트 기반 스트림과의 사용법이 거의 같기 때문에 가볍게 보고 넘어가면 좋을 것 같다.
Reader와 Writer
-
Reader와 Writer를 사용하고, byte배열 대신 char배열을 사용한다.
FileReader와 FileWriter
- 파일로부터 텍스트데이터를 읽고 쓰는데 사용한다.
- 사용법은 FileInputStream, FileOutputStream과 거의 같다.
PipedReader와 PipedWriter
- 쓰레드간의 데이터를 주고 받을 때 사용한다.
- 입력과 출력스트림을 하나의 스트림으로 연결(connect)해서 데이터를 주고받는다는 특징이 있다.
- 한쪽 스트림만 닫아도 나머지 스트림은 자동으로 닫힌다.
import java.io.*;
public class PipedReaderWriter {
public static void main(String[] args){
InputThread inThread = new InputThread("InputThread");
OutputThread outThread = new OutputThread("OutputThread");
inThread.connect(outThread.getOutput());
inThread.start();
outThread.start();
}
}
class InputThread extends Thread{
PipedReader input = new PipedReader();
StringWriter sw = new StringWriter();
InputThread(String name){
super(name);
}
public void run(){
try{
int data = 0;
while((data=input.read()) != -1){
sw.write(data);
}
System.out.println(getName() + " received" + sw.toString());
} catch(IOException e) {}
}
public PipedReader getInput(){
return input;
}
public void connect(PipedWriter output){
try{
input.connect(output);
} catch (IOException e){}
}
}
class OutputThread extends Thread{
PipedWriter output = new PipedWriter();
OutputThread(String name){
super(name);
}
public void run(){
try{
String msg = "Hello";
System.out.println(getName() + " sent : " + msg);
output.write(msg);
output.close();
} catch (IOException e){}
}
public PipedWriter getOutput(){
return output;
}
public void connect(PipedReader input){
try{
output.connect(input);
} catch(IOException e){}
}
}StringReader 와 StringWriter
- CharArrayReader/CharArrayWriter 와 같이 입출력 대상이 메모리인 스트림이다.
- StringWriter에 출력되는 데이터는 내부의 StringBuffer에 저장된다.
StringBuffer getBuffer() : StringWriter에 출력된 데이터가 저장된 StringBuffer를 반환한다.
String toSTring() : StringWriter에 출력된 (StringBuffer에 저장된) 문자열을 반환한다.import java.io.*;
class StringReaderWriterEx{
public static void main(String[] args){
String inputData = "ABCD";
StringReader input = new StringReader(inputData);
StringWriter output = new StringWriter();
int data = 0;
try{
while((data = input.read()) != -1) {
output.write(data);
}
} catch(IOException e) {};
System.out.println("Input Data :" + inputData);
System.out.println("Output Data :" + output.toString());
System.out.println("Output Data :" + output.getBuffer().toString());
}
}문자기반의 보조 스트림
BufferedReader 와 BufferedWriter
BufferedReader와 BufferedWriter는 버퍼를 이용해서 입출력의 효율을 높여주기 때문에 알고리즘 문제를 풀때 정말 무조건 사용하게 된다. 아래 예제만 잘 알고있어도 충분히 이해할 것이다.
import java.io.*;
public class BufferedReaderEx1 {
public static void main(String[] args){
try{
FileReader fr = new FileReader("BufferedReaderEx1.java");
BufferedReader br = new BufferedReader(fr);
String line = "";
for(int i=1; (line = br.readLine()) != null; i++){
// ";"를 포함한 라인을 출력한다.
if(line.indexOf(";") != -1) System.out.println(i+":"+line);;
}
br.close();
} catch (IOException e){
System.out.println(e.getMessage());
}
}
}InputStreamReader와 OutputStreamWriter
- 바이트 기반 스트림을 문자 기반 스트림으로 연결시켜주는 역할을 하는 보조스트림
- 바이트 기반 스트림 데이터를 지정된 인코딩 문자데이터 변환작업을 수행한다.
-
OS에서 사용하는 인코딩 데이터 종류확인법
System.out.println(System.getProperties().get("sun.jnu.encoding"));
표준 입출력과 File
표준 입출력은 콘솔(console, 도스창)을 통한 데이터 입력과 콘솔로의 데이터 출력을 의미한다.
자바에서는 표준 입출력(standard I/O)을 위해 3가지 입출력 스트림인 System.in, System.out, System.err 를 제공하는데, 이는 자바 어플리케이션 실행과 동시에 사용할수 있게 자동 생성되기 때문에 별도로 스트림을 생성하는 코드를 작성하지 않아도 사용이 가능하다.
System.in : 콘솔로부터 데이터를 입력 받는 데 사용
System.out : 콘솔로 데이터를 출력하는데 사용
System.err : 콘솔로 데이터를 출력하는데 사용RandomAccessFile
- 하나의 스트림으로 파일의 입력과 출력을 모두 수행할 수 있는 스트림
-
파일의 어느 위치에나 읽기, 쓰기가 가능하다.
- 내부적으로 파일 포인터 사용
- 다른 모든 입출력들도 이를 가지고 있지만, 내부적으로만 사용되기에 작업자가 자유롭게 이를 바꿀 수 없다.
-
DataInputStream, DataOutputStream 처럼 기본 자료형 단위로 데이터를 읽고 쓸 수 있다.
File
파일은 기본적이면서도 가장 많이 사용되는 입출력 대상이다. 자바에서는 File클래스를 통해서 파일과 디렉토리를 다룰 수 있도록 하고 있다.
- File인스턴스를 생성했다고 해서 파일이나 디렉토리가 생기는 것이 아니다.
- 새로운 파일을 생성하기 위해서 File인스턴스를 생성한 다음, 출력스트림을 생성하거나 createNewFile()을 호출해야한다.
-
이미 존재하는 파일을 참조할 때 :
File f = new File("파일경로", "파일이름); -
기존에 없는 파일을 새로 생성할때 :
File f = new File("파일경로", "파일이름"); f.createNewFile(); // 이때 새로운 파일이 생성된다.
파일 관련 메소드
직렬화(Serialization)
직렬화(serialization)란 객체를 데이터 스트림으로 만드는 것을 뜻한다. 객체에 저장된 데이터를 스트림에 쓰기(write)위해 연속적인(serial) 데이터로 변환하는 것을 말한다.
- 객체를 저장한다는 것은 객체의 모든 인스턴스 변수의 값을 저장하는 것과 같은 의미이다.
-
객체의 직렬화, 역직렬화에는 ObjectInputStream, ObjectOutputStream을 사용한다.
위의 사진처럼 객체를 직렬화하여 스트림으로 보내고, 다시 받을 때는 역직렬화 과정을 통해 다시 객체를 만들어 준다.
ObjectInputStream, ObjectOutputStream
ObjectInputStream오ㅓㅏ ObjectOutputStream은 결국 보조스트림이기 때문에 사용하기전에 입출력할 스트림을 지정해 주어야한다.
ObjectInputStream(InputStream in)
ObjectOutputStream(OutputSTream out)직렬화 예시
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("objectfile.ser");
ObjectOutputStream out = new ObjectOutputSTream(fos);
out.writeObject(new UswerInfo());역직렬화 예시
FileInputStream fis = new FileInputStream("objectfile.ser");
ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(fis);
UserInfo info = (UserInfo)in.readObject();
직렬화가 가능한 클래스 만들기 - Serializable 그리고 transient
직렬화가 가능한 클래스를 만드는 방법은 직렬화 하고자 하는 클래스가 java.io.Srializable 인터페이스를 구현하면 된다.
public class MyClass implements Serializable{
String name;
String password;
int age;
}클래스에 직렬화가 안되거나 하면 안되는 객체에 대한 참조를 포함하고 있다면 제어자 transient를 붙여서 직렬화 대상에서 제회되도록 할 수 있다.
public class UserInfo implements Serializable{
String name;
transient String password; // 직렬화 대상에서 제외된다.
int age;
}Reference
- 남궁성, Java의 정석 (3rd Edition), 도우출판
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사진 및 내용일부
