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JIE0025

[WhiteShip][13주차] I/O 본문

개발/Java, Kotlin

[WhiteShip][13주차] I/O

Kangjieun11 2022. 11. 26. 16:36
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WhiteShip Java Live Study 의 커리큘럼을 따라 개인적으로 공부한 내용입니다.

 

 

 

 


Codestates BE 42 : Study, Commercise 01 Java

 

Thanks to

" Codestates_SEB_BE_42 : Commercise "

 

 

 

22.11.25

 

 

 

혼자서 정리한 내용이며,

목차는 제가 공부한 순서대로 재구성했습니다.

 

 

 

13주차 :  I/O

 

 

목차

  • I/O input & output
  • 스트림 (Stream)
  • InputStream과 OutputStream
  • Byte와 Character 스트림
  • 표준 스트림 (System.in, System.out, System.err)
  • 버퍼(buffer)
  • 파일 읽고 쓰기
  • 채널(Channel)
  • NIO(New input/Output) 개요

 

 

 

✅  I/O input & output

  • 자바의 I/O API는 모두 java.io 패키지에서 제공된다.



✅  스트림 (Stream)

데이터를 운반하는데 사용되는 연결통로

자바에선 데이터를 전달하기 위해 두 대상을 연결하고 데이터를 전송하는게 필요한데 이 역할을 하는 것이 스트림(Stream)이다.

  • Stream.of()하는 이 스트림과는 다른 스트림이다.

 

⏺  스트림의 특징

스트림은 연속적인 데이터의 흐름을 물에 비유해 붙혀진 이름

→ 물과 유사한 특징을 갖고 있다.

 

  • 바이트 단위의 데이터 전송
  • FIFO
  • 단방향통신
    • 하나의 스트림으로 입출력이 동시에 처리될 수 없다.
    • 입출력을 동시에 처리하려면 inputStream, outputStream이 둘다 필요함.

  • 순차적 접근
    • 먼저 보낸 데이터를 먼저 받는다.
    • 특정 위치의 데이터를 무작위로 Read/Write 원칙적으로 불가능
  • 연속적으로 데이터를 주고 받는다.
    • (모두 전송 될 때까지 쓰레드는 지연상태(블로킹) 유지)
    • 처리 속도가 떨어질 수 있다는 (단점)
    • 이를 보완하기 위해 나온 것이 버퍼와 채널을 사용하는 NIO(New IO)

 

✅  InputStream과 OutputStream

InputStream, OutputStream은 추상클래스

이 클래스를 상속받는 여러가지 입출력 클래스가 있다.

 

 https://stackoverflow.com/questions/46953036/inputstream-outputstream-for-standard-stream-java

 

⏺ 종류

 

 

입력스트림 출력스트림 입출력 대상 종류
FileInputStream FileOutputStream 파일
ByteArrayInputStream ByteArrayOutputStream 메모리 (byte배열)
PipeInputStream PipeOutputStream 프로세스간 통신
AudioInputStream AudioOutputStream 오디오 장치

 

⏺ 메서드

 

 

InputStream OutputStream
abstract int read() abstract int write()
int read(byte[] b) void write(byte[] b)
int read(byte[] b, int off, int len) void write(byte[] b, int off, int len)
  • read()의 반환타입이 byte가 아닌 이유는 반환값의 범위가 0~255, -1 이기 때문
    • byte : 128 ~ 127
    • int : 2,147,483,648 ~ 2,147,483,647



✅  Byte와 Character 스트림

스트림 클래스는 크게 두 종류로 나뉨

 

 

⏺ 바이트(byte)기반 스트림

  • 모든 종류의 스트림을 받는다 -  1byte
  • 원시바이트를 그대로 주고받는다.
  • InputStream, OutputStream이 최상위 추상클래스 → 접미사로 사용
  • 예를 들어 그림, 멀티미디어, 텍스트등의 파일을 바이트단위로 읽을 때 FileInputStream , FileOutputStream 사용

 

⏺ 문자(character) 기반 스트림

문자단위로 입출력을 한다. -  2byte

문자를 받고 보낼 수 있도록 특화되어 있음

→ 코딩테스트!!!

 

  • Reader, Writer — 최상위 추상 클래스

 

 

  • FileReader, BufferedReader, InputStreamReader
  • FileWriter, BufferedWriter, PrintWriter, OutputStreamWriter



✅  표준 스트림

자바에서 미리 정의한 표준 입출력 클래스

콘솔화면에 입출력됨 → 콘솔 입출력이라고 하기도 함.

 

java.lang.*

  • System.in : 표준 입력용 스트림
  • System.out : 표준 출력용 스트림
  • System.err : 표준 오류 출력 스트림

 

⏺ 왜 System.in 일까? in은 무엇일까?

System 클래스에 존재한 InputStream 타입의 정적 필드!!!

 

 

 

물론 InputStream inputstream = System.in을 사용해서

inputstream.read()를 사용할 수도 있다. —> ( 내용보충필요 )

 

 

 

⏺ 메서드 설명

System.in.read() 키보드로 입력된 값을 읽어들임, 더 이상 읽어들일 수 없으면 return -1
System.out.write() ( )안에 입력된 값을 화면(콘솔)에 출력
컴퓨터가 숫자로 저장된 것 → 사람이 읽을 수 있는 문자로 디코딩 후 출력  
System.out.flush() 남아있는 데이터를 모두 출력시킴
→ 출력은 버퍼에 일정 용량 이상이 쌓여야 가능함 (입출력 성능 향상을 위해) 얘를 사용하면 버퍼를 비워서 바로 출력할 수 있다.  

 

 

✅  버퍼(Buffer)

데이터를 전송할때 두 장치간 속도차이가 날수밖에 없을 텐데. 이 차이를 줄여주는 역할의 중간저장소

 

 

  • I/O에서 버퍼는 보조스트림이다.
  • 단순히 보조만 하는, 파일을 직접 읽거나 쓸 수 없는 스트림
  • 보조스트림은 파일에 접근할 수없으므로 스트림을 먼저 생성하고, 이를 이용해 보조 스트림을 생성해야한다.

 

 

우리가 코딩테스트에서 사용하는 입출력 방식도 해당 방식을 사용하면 빠른 입출력이 가능하다.

 

BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
//버퍼(보조스트림)변수 =        보조스트림생성 (스트림생성(시스템 콘솔 입력))

 

Scanner 와는 무슨 차이가 있을까?

Scanner sc = new Scanner(System.in);

 

⏺ Scanner

  • 기본적으로 공백을 delimiter로 삼는다
  • 정규표현식 사용, 입력값 분할, 토큰화 파싱 과정(다른자료형으로 변환)
    → 퍼포먼스 속도가 낮다.

 

 

스캐너가 편하다고 생각할 수도 있지만, 그냥 스트림버퍼 쓰는걸 습관화하자!

 


⏺ InputStream

 

 

 

✅  파일 읽고 쓰기

 

가장 효율적인 방법

  • FileReader + BufferedReader
  • FileWriter + BufferedWriter

 

⏺ 왜 ((굳이)) 두가지를 함께 사용하는게 효율적일까?

 

  • BufferedReader와 FileReader는 작동방식에서 차이가 있다.
    • Reader는 입력 소스에서 문자를 읽고, BufferedReader는 문자 스트림에 버퍼를 추가해 버퍼에서 문자를 읽는다.
    • 일단 BufferedReader는 FileReader 보다 빠르고 효율적으로 작동
      • 버퍼 : 일정량의 데이터를 일시적으로 저장하는 데 사용되는 장치 메모리 저장소의 작은 부분
      • 일반적으로 버퍼는 장치의 RAM을 사용하여 임시 데이터를 저장해서 버퍼에서 데이터에 액세스하는 것이 하드 드라이브에서 동일한 양의 데이터에 액세스하는 것보다 훨씬 빠르다.

 

  • BufferedReader를 이용하면, 버퍼 메모리를 사용하기 때문에 readline()메서드를 통해 한 번에 전체 라인을 읽을 수 있다. 또 FileReader처럼 매번 하드 드라이브에 액세스할 필요가 없어서 더 빠르다.

 

  • 그러나 하드드라이브에 액세스 하는건 Reader만 됨.
  • BufferedReader는 보조스트림이라 얘만 이용해서 파일을 읽을수는 없다 (하드 드라이브에 대해 액세스 권한이 없다)

 

  • 만약 Reader로만 하드드라이브에 접근하면,
    1. 항상 한 문자씩 읽어들이는 특징에 의해
    2. 하드드라이브에 엄청나게 많이 접근해야함. (비효율)

 

  • 그래서 좀더 효율적인 BufferedReader를 사용하되, 권한이 있는 Reader(FileReader)를 제공해 읽어들이는게 효율적이고 빠른것이다!

 

⏺  try-catch

 

파일 입출력 코드에선 try-catch문이 필요하다.

  1. 파일 경로명이 틀리면 FileNotFoundException
  2. 읽기, 쓰기, 닫기 중 입출력 오류 발생시 read(), write(), close()메서드가 IOException예외 발생

 

⏺  close()는 반드시 하자.

아까 입출력 성능 향상을 위해 버퍼에 일정 용량 이상이 쌓여야 가능하다고 했다.

그래서 바로바로 flush()되지 않는다.

 

stream을 다 사용한 이후 close하지 않으면, 다음과 같은 문제가 생길수있다.

  • InputStream - open file이나 socket과 같은 OS resource들 차지
  • OutputStream - close()를 해주지 않으면 file에 쓰려고 했던 data들이 stream에 남아있는 경우가 발생

 

 

⏺ FileWriter + BufferedWriter

 

package inputOutput.practice;

import java.io.*;
import java.io.File;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        BufferedReader br= new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

        File file = new File("11월24일_나의_하루.txt");
        if(!file.exists()){
            file.createNewFile();
        }

        FileWriter fw = new FileWriter(file); //얘만 써도 되긴 하지만 느려요!
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(fw); //이렇게 부착해줍니다 ㅎㅎ
				//BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter(file)); 
				
        String line;
        for (int i=0;i<10;i++) {
            line = br.readLine();
            bw.write(line); //"\r\n"을써야한다는데 개행이 안된다.. 귀찮다.. 내가 왜 그래야하지..? 써도안되잖아 그냥 newLine쓴다 휴
            bw.newLine();
        }

        bw.close();
        br.close();
        //?

    }
}

 

 

 

⏺ InputStream, OutputStream :: 파일 복사 붙혀넣기

package inputOutput.practice;

import java.io.*;
import java.io.File;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

				//출처 : 프로그래머스 자바 중급 강의
        //좋은예제!
        //끝난줄알았지? 인풋,아웃풋스트림도 쓰고 잘거다
        //인풋아웃풋은 읽고 쓰는게 역할이 확실하다는 걸 기억하자!
        

        FileInputStream fis = null;
        FileOutputStream fos = null;

        try{
            fis = new FileInputStream("11월24일_나의_하루.txt");
            fos = new FileOutputStream("copy.txt");
            
            int readData = -1; // 바이트형식으로 읽어내기 때문에 정수로 나온다
            while((readData = fis.read()) != -1){ // -1은 읽을 내용이 더 이상 없다는 의미
                fos.write(readData); // FileOutputStream의 write()함수를 이용해서 읽어온 내용을 copy.txt에 쓴다
            }
        }
        catch(Exception e){
            System.out.println(e);
        }
        finally{
            try{
                fis.close();
                fos.close();
            }
            catch(Exception e){
                System.out.println(e);
            }
        }
    }
}

 

 

✅  채널(Channel)

스트림의 단점을 극복

  • 양방향으로 접근이 가능하다
  • 비동기적으로 닫고 중단 가능

 

종류설명

FileChannel 파일 입출력 채널
Pipe.SinkChannel 파이프에 데이터를 출력하는 채널
Pipe.SourceChannel 파이프로 부터 데이터를 입력받는 채널
ServerSocketChannel 클라이언트의 연결 요청을 처리하는 서버 소켓 채널
SocketChannel 소켓과 연결된 채널
DatagramChannel DatagramSocket과 연결된 채널



✅  NIO ( New Input/Output )

기존 I/O의 단점인 속도를 개선

채널 기반의 입출력 방식을 사용해 양방향 입출력이 가능하다.

구분IONIO

입출력 방식 스트림(Stream)방식 채널(Channel)방식
버퍼 방식 넌버퍼 버퍼
비동기 방식 지원 안 함 지원
블로킹/넌블로킹 방식 블로킹 방식만 지원 블로킹/넌 블로킹 모두 지원

 

 

 

나중에 시간이 나면 NIO에 대해 더 추가해야겠다

 

 

 

 

references

 

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