[Java] I/O

👩‍🚀 목표

자바의 Input과 Ontput에 대해 학습하세요.

👩‍💻 학습할 것

• 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

 

 

 

I/O 입출력

• Input/Output의 약자, 입력과 출력을 뜻한다.
• 컴퓨터 내부 또는 외부 장치와 프로그램 간에 데이터를 주고 받는것
• ex) 키보드로 데이터를 입력받기, System.out.println()을 이용해 화면에 데이터 출력
• I/O : 스트림 방식, 비동기 지원 🙅‍♀️, Blocking 지원,  버퍼🙅‍♀️
• NIO : 채널방식, 비동기 지원 🙆‍♀️, Blocking/Non-Blocking 지원, 버퍼🙆‍♀️

 

 

스트림 stream

• 한 쪽에서 다른 쪽으로 데이터를 전달하기 위해 두 대상을 연결하고 전송할 수 있는 것
• 쉽게 말해서 데이터를 운반하는데 사용되는 연결 통로
• 단방향통신만 가능 → 입력과 출력을 동시에 처리할 수 없다.
• 🤔 입력과 출력을 동시에 수행하려면?
  • 입력스트림 input stream과 출력스트림 output stream, 두 개의 스트림이 필요하다.
• Queue와 같은 FIFO 구조로 되어 있다.
  • 먼저 보낸 데이터를 먼저 받고 중간에 건너뜀 없이 연속적으로 데이터를 주고받는다.

[그림 첨부]

 

 

NIO New Input/Output

• 새로운 입출력
• Java 4부터 새로운 입출력 API를 지원한다.
• 비동기 지원🙆‍♀️, Non-blocking IO API 제공
• Channel 기반
  • 스트림과 달리 양방향 입출력 가능
  • 하나의 채널로 읽기 쓰기 모두 할 수 있다.

 

😵 Blocking과 Non-blocking

관심사 : 제어권이 누구에게 있는가

 

Blocking

• 이전 작업이 완료될 때까지 대기
• A 함수가 B 함수 호출시, A에서 B에게로 제어권을 넘긴다.
  A 함수는 제어권이 없으므로 실행을 멈추고
  B 함수 실행이 완료되면 결과값과 제어권을 A함수에게 반환한다. 

Non-Blocking

• 작업 완료 여부와 상관 없이 다음 작업 수행
• 하나의 쓰레드로 여러 개의 I/O 처리
• A 함수가 B 함수 호출시, B 함수는 실행되지만 A 함수가 제어권을 가지고 있다.
  B 함수의 실행이 끝나지 않더라도 A는 계속 실행한다. 

 

 

버퍼 (Buffer) 

• 입출력 데이터를 임시로 저장하는 공간
• 데이터를 모아서 보내기 때문에 OS의 API 호출 횟수가 줄어든다 → 입출력 성능 개선
• 메모리 위치에 따라 종류에 나뉜다.
  -Buffer
      - ByteBuffer
            - MappedByteBuffer
      - CharBuffer
      - ShortBuffer
      - DoubleBuffer
      - FloatBuffer
      - IntBuffer
      - LongBuffer
      - ShortBuffer

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/nio/package-summary.html#buffers

 

 

채널 (Channel)

• 데이터가 통과하는 스트림
• file과 socket 같은 I/O 작업을 수행할 수 있는 엔티티에 대한 연결을 나타낸다.
  • FileChannel
  • SocketChannel
  • DatagramChannel
  • AsynchronounsChannel
• 양방향 입출력이 가능하다.
• 비동기적으로 데이터를 읽고 쓸 수 있다.

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/nio/channels/package-summary.html#package.description

 

 

 

InputStream과 OutputStream

모든 바이트 기반 스트림의 조상

InputStream

이 추상 클래스는 바이트의 입력 스트림을 나타내는 모든 클래스의 수퍼 클래스입니다.

• int available() : 슽림으로부터 읽어올 수 있는 데이터의 크기를 반환한다.
• void close() : 스트림을 닫음으로써 사용하고 있던 자원을 반환한다.
• void mark(int readlimit) : 현재 위치를 표시해 놓는다. readlimit는 되돌아 갈 수 있는 byte의 수이다.
• boolean markSupported() : mark()와 reset()을 지원하는지 알려준다.
• abstract int read() :  다음 1byte를 읽어온다. 읽어올 데이터가 없으면 -1을 반환한다.
• int read(byte[] b) : 배열 b의 크기만큼 읽어서 배열을 채우고 읽어온 데이터의 수를 반환한다.
• int read(byte[] b, int off, int len) : 최대 len개의 byte를 읽어서 배열 b의 지정된 위치 off 부터 저장한다.
• void reset() : 스트림에서의 위치를 마지막으로 mark()이 호출되었던 위치로 되돌린다.
• long skip(long n) : 스트림에서 주어진 길이  n만큼 건너뛴다.

https://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/io/InputStream.html

 

OutputStream

이 추상 클래스는 바이트의 출력 스트림을 나타내는 모든 클래스의 수퍼 클래스입니다.

• void close() : 입력 소스를 닫음으로써 사용하고 있던 자원을 반환한다.
• void flush() : 스트림의 버퍼에 있는 모든 내용을 출력 소스에 쓴다.
• abstract void write(int b) : 주어진 값을 출력소스에 쓴다.
• void write(byte[] b) : 주어진 배열 b에 저장된 모든 내용을 출력 소스에 쓴다.
• void write(byte[] b, int off, int len) : 주어진 배열 b에 저장ㅇ된 내용 중에서 off 번째부터 len개 만큼만을 읽어서 출력 소스에 쓴다.

 

 

 

Byte와 Character 스트림

Byte Stream

바이트 기반 스트림

입출력 단위가 1바이트

이진 데이터를 읽고 쓴다.

• InputStream/OutputStream : 최고 조상
• FileInputStream/FileOutputStream : 파일
• ByteArrayInputStream/ByteArrayOutputStream : 메모리 (byte 배열)
• PipeInputStream/PipeOutputStream : 프로세스 (프로세스간의 통신)
• AudioInputStream/AudioOutputStream : 오디오 장치

Character Stream

문자 기반 스트림

C언어와 달리 Java에서는 한문자를 의미하는 char형이 2byte이므로 바이트 기반 스트림으로 처리하기에 어려움이있다.

이 점을 보완하기 위해 문자 기반 스트림을 제공한다.

단순히 2바이트로 스트림을 처리하는 것만을 의미하지는 않는다.

문자 데이터를 다루는데 필요한 또 하나의 정보는 인코딩이다.

문자기반 스트림은 유니코드(UTF-16) 간의 변환을 자동적으로 처리해준다. (자바는 유니코드를 사용해서 문자를 저장)

Reader : 특정 인코딩을 읽어서 유니코드로 변환

Writer : 유니코드를 특정 인코딩으로 변환하여 저장

• FileReader/FileWriter
• CharArrayReader/CharArrayWriter
• PipeReader/PipeWriter
• StringReader/StringWriter :

 

 

 

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

콘솔(console,  도스창)을 통한 데이터 입력과 콘솔로의 데이터 출력을 의미

자바 어플리케이션의 실행과 동시에 사용할 수 있게 자동적으로 생성

개발자가 별도의 스트림을 생성하는 코드를 작성하지 않고도 사용 가능

• System.in : 콘솔로부터 데이터를 입력받는데 사용 (표준 출력)
• System.out : 콘솔로 데이터를 출력하는데 사용 (표준 입력)
• System.err : 콘솔로 데이터를 출력하는데 사용 (표준 입력)

System클래스의 소스에서 알 수 있듯이 in, out, err은 System 클래스에 선언된 클래스 변수(static 변수)이다.

선언 부분만 봐서는 out, err, in 의 타입은 InputStream과 PrintStream이지만,

실제로는 버퍼를 이용하는 BufferedInputStream과 BufferedOutputStream의 인스턴스를 사용한다.

 

 

 

파일 읽고 쓰기

바이트 스트림

• FileInputStream, FileOutputStream 이용해서 이미 존재하는 파일을 읽고 파일 생성하기
• 낮은 수준의 입출력 사용

public class FileTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
    	
        FileInputStream in = null;
        FileOutputStream out = null;
        
        try {
        
            in = new FileInputStream("C:/input.txt");		// 파일 입력 스트림 생성
            out = new FileOutputStream("C:/output.txt");	// 파일 출력 스트림 생성
            int c;
            
            // 하나의 바이트를 읽을 때는 read()를 사용하고
            // 하나의 바이트를 쓸 때는 write()를 사용한다.
            while ((c = in.read()) != -1 ){
            	out.write(c);
            }
        
        } finally {
        	if (in != null){
            	in.close();
            }
            if (out != null){
            	out.close();
           	}
        }
    }
}

 

문자 스트림

• 텍스트 파일을 읽고 쓰는 가장 좋은 방법
• FileInputStream과 FIleOutputStream 대신에 FileReader와 FileWriter를 사용한다.

public class FileTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
    	
        FileReader in = null;
        FileWriter out = null;
        
        try {
        
            in = new FileReader("C:/input.txt");		// 파일 입력 스트림 생성
            out = new FileWriter("C:/output.txt");	// 파일 출력 스트림 생성
            int c;
            
            // 하나의 바이트를 읽을 때는 read()를 사용하고
            // 하나의 바이트를 쓸 때는 write()를 사용한다.
            while ((c = in.read()) != -1 ){
            	out.write(c);
            }
        
        } finally {
        	if (in != null){
            	in.close();
            }
            if (out != null){
            	out.close();
           	}
        }
    }
}

 

 

 

 

 

https://docs.oracle.com/javase/tutorial/essential/io/index.html

남궁성, 자바의 정석 기초편, 도우출판, 201
천인국, 어서와 JAVA는 처음이지!, INFINITYBOOKS, 2015

[10분 테코톡] 🎧 우의 Block vs Non-Block & Sync vs Async

동기/비동기, 블로킹/논블로킹