자바의 Input과 Ontput에 대해 학습하세요.
- 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 (Stream)**이란? 데이터가 이동하는 통로, 흐름을 말한다.
자바에서는 스트림을 통해 입출력을 수행하게 되며, 스트림은 아래와 같은 특징이 있다.
- FIFO (First In First Out) 구조를 가진다.
- 단방향이다.
- Java에서 스트림은 읽기, 쓰기가 동시에 되지 않는다.
- 실제 데이터가 모두 전송되기 전까지는 지연상태를 유지한다. 처리 속도가 떨어질 수 있다는 단점을 가진다. (이를 보완하기 위해 버퍼와 채널을 사용하는 NIO(New IO) 사용)
**버퍼 (Buffer)**란? 데이터를 전송하는 저, 고속 장치간의 속도차이를 극복하기 위해 사용하는 임시 저장 공간을 의미한다.
I/O에서 버퍼는 보조스트림이라고도 하며 데이터를 묶어서 전송하는 역할을 한다.
보조스트림이란? 입출력 대상이 되는 파일이나 네트워크를 직접 읽거나 쓸 수 없는 스트림을 의미한다. 스트림의 기능을 향상시키거나 새로운 기능을 추가하는데 사용된다.
**채널 (Channel)**이란? 스트림의 향상된 버전으로 양방향 접근이 가능하다.
또한, 스트림과 다르게 채널은 비동기적으로 닫고 중단할 수 있다.
**NIO (New IO)**란? IO의 단점(속도가 느림)을 개선하기 위해 Java 4부터 추가된 패키지이다.
스트림과 달리 채널 기반의 입출력 방식을 사용하며 단방향이 아닌 양방향으로 입출력이 가능하다.
또한, 기본적으로 입출력시 버퍼를 사용하며 넌블로킹을 지원한다.
NIO 핵심요소
| 명칭 | 설명 |
|---|---|
| Buffer | 버퍼를 나타내며, 입출력 데이터를 임시로 저장할 때 사용 |
| Charset | 캐릭터셋을 나타내며, 바이트 데이터와 문자 데이터를 인코딩/디코딩 할 때 사용 |
| Channel | 채널을 나타내며, 데이터가 통과하는 스트림을 의미 |
| Selector | 하나의 스레드에서 다중의 채널로부터 들어오는 입력 데이터를 처리할 수 있도록 해주는 멀티플렉서 NIO 논블로킹 입출력의 핵심 요소 |
IO vs NIO
| 구분 | IO | NIO |
|---|---|---|
| 입출력 방식 | 스트림 방식 | 채널 방식 |
| 버퍼 방식 | 넌버퍼 (non-buffer) | 버퍼 (buffer) |
| 비동기 방식 | 지원 안함 | 지원 |
| 블로킹 / 넌블로킹 방식 | 블로킹 방식만 지원 (동기) | 블로킹 / 넌블로킹 모두 지원 (동기 / 비동기) |
자바의 기본적인 데이터 입출력은 Java.io 패키지에서 제공한다. Java.io는 아래와 같은 클래스들을 제공한다.
| Java.io 패키지의 주요 클래스 | 설명 |
|---|---|
| File | 파일 시스템의 파일 정보를 얻기 위한 클래스 |
| Console | 콘솔로부터 문자를 입출력하기 위한 클래스 |
| InputStream / OutputStream | 바이트 단위 입출력을 위한 최상위 입출력 스트림 클래스 |
| FileInputStream / FileOuputStream DataInputStream / DataOutputStream ObjectInputStream / ObjectOutputStream PrintStream BufferedInputStream / BufferedOutputStream |
바이트 단위 입출력을 위한 하위 스트림 클래스 |
| Reader / Writer | 문자 단위 입출력을 위한 최상위 입출력 스트림 클래스 |
| FileReader / FileWriter InputStreamReader / OutputStreamWriter PrintWriter BufferedReader / BufferedWriter |
문자 단위 입출력을 위한 하위 스트림 클래스 |
스트림에서 데이터를 입력할 경우에는 InputStream으로 결정되고, 데이터를 출력할 경우에는 OutputStream으로 결정된다.
InputStream
Byte Input을 수행하는데 필요한 메소드를 정의하는 추상 클래스를 의미한다.
모든 바이트 기반 입력 스트림은 이 클래스를 상속받아서 만들어지며 기본적으로 가져야 할 메소드들은 아래와 같다.
| 메소드 | 설명 |
|---|---|
| int read() | 입력 스트림으로부터 1바이트를 읽고 읽은 바이트를 리턴 (반환값은 0~255의 아스키코드 값, 읽을 수 없을 때는 -1을 반환) |
| int read(byte[] b) | 입력 스트림으로부터 읽은 바이트들을 매개값으로 주어진 바이트 배열 b에 저장하고 실제로 읽은 바이트 수를 리턴 |
| int read(byte[] b, int offset, int length) | 입력 스트림으로부터 length개의 바이트만큼 읽고 매개값으로 주어진 바이트 배열 b[offset]부터 length개까지 저장한후, 실제로 읽은 바이트 수를 리턴 |
| void close() | 자원을 반납하고 입력 스트림을 닫는다. |
| int available() | 현재 읽을 수 있는 바이트 수를 리턴 |
OutputStream
Byte Output을 수행하는 메소드를 정의한 추상 클래스를 의미한다.
모든 바이트 기반 출력 스트림은 이 클래스를 상속받아서 만들어지며 기본적으로 가져야 할 메소드들은 아래와 같다.
| 메소드 | 설명 |
|---|---|
| void write(int b) | 정수 b의 값을 바이트로 변환하여 출력 |
| void write(byte[] b) | b의 내용을 출력 |
| void write(byte[] b, int offset, int length) | b[offset]부터 length만큼 출력 |
| void flush() | 버퍼에 남아있는 모든 출력 스트림을 출력 |
| void close() | 자원을 반납하고 출력 스트림을 닫는다. |
Byte 스트림 : 가장 기본이 되는 스트림으로 입출력의 단위가 1Byte이다.
그림, 멀티미디어, 문자 등 모든 종류의 데이터 입출력이 가능하다.
원시 바이트 그대로 데이터를 주고받는다.
Character 스트림 : 입출력의 단위가 2Byte이다.
오로지 문자 데이터만 입출력이 가능하다.
유니코드 문자로 인코딩하여 데이터를 주고받는다.
표준 스트림이란? 컴퓨터 프로그램에서 표준적으로 입력으로 받고 출력으로 보내는 데이터와 매체를 총치하는 용어로 Java의 경우 System 클래스를 사용한다.
| 표준 스트림 | 스트림 종류 | 설명 |
|---|---|---|
| System.in | 표준 입력 스트림 | 키보드로 데이터를 입력 |
| System.out | 표준 출력 스트림 | 모니터로 데이터를 출력 |
| System.err | 표준 에러 출력 스트림 | 모니터로 에러를 출력 |
System 클래스는 java.lang.* 패키지에 속하며 입출력 뿐만아니라 자바 시스템 전반에 걸친 제어와 보안을 담당한다.
System.out과 System.err는 거의 동일한 스트림이다. 그러나 에러의 경우, 정확하고 빠르게 출력되어야하기 때문에 System.err는 버퍼링을 지원하지 않으며 콘솔창에만 출력된다는 차이점이 있다.
public class FileIOTest {
public static void main(String[] arges) {
try {
FileInputStream file = new FileInputStream("./test.txt");
// 두번째 인자는 덮어쓰기(false), 이어쓰기 (true) 여부
FileOutputStream fileOut = new FileOutputStream("./output.txt", false);
int fileSize = file.available();
byte[] contents = new byte[fileSize];
int readSize = file.read(contents);
// fileSize와 readSize는 동일한 크기가 나옴
System.out.println(fileSize);
System.out.println(readSize);
fileOut.write(contents);
file.close();
fileOut.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}