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13. I/O

태그

I/O

InputStream/OutputStream

Reader/Writer

NIO

I/O(입출력)

I/O란 Input과 Output의 약자로 입력과 출력, 간단히 줄여서 입출력이라고 한다. 입출력은 컴퓨터 내부 또는 외부의 장치와 프로그램간의 데이터를 주고받는 것을 의미한다.

예를 들면 키보드로부터 데이터를 입력받는다든가 System.out.println()을 이용해서 화면에 출력한다던가 하는 것이 가장 기본적인 입출력의 예이다.

그렇다면 데이터는 어떤 방법으로 전달될 수 있을까? Stream, Channel, Buffer는 데이터를 전달하기 위해 사용하는 그릇과 통로라고 할 수 있다.

Stream

스트림이란? 데이터를 운반하는데 사용되는 연결통로이다.

Stream이란, 데이터가 들어온 순서대로 흘러다니는 단방향의 통로이다. 입구와 출구가 존재하며 입구를 InputStream, 출구를 OutputStream이라 한다. 기본적으로 데이터는 Stream을 통해 byte 또는 byte[] 형태로 흘러다닌다.

물이 한쪽 방향으로만 흐르는 것과 같이 단방향통신만 가능하기 때문에 하나의 스트림으로 입력과 출력을 동시에 처리할 수 없다. 입력과 출력을 동시에 처리하려면 입력스트림과 출력스트림을 각각 만들어 총 2개의 스트림이 필요하다.

Stream은 동기적, blocking 방식으로 동작한다. 데이터를 읽거나 쓰기 위해 스트림에 요청하면 스트림은 자신의 역할에 맞춰 다시 데이터를 읽거나 쓸 수 있을 때까지 다른 작업을 하지 못하고 무한정 기다린다.

NIO(new IO, Buffer, Channel)

자바의 기본 입출력 방식이었던 Stream은 blocking 방식과 Non-Buffer의 특징으로 인해 입출력 속도가 느릴 수 밖에 없었다. 자바 4부터 이러한 문제점을 해결하고자 NIO(new Input Output)이 java.nio 패키지에 포함되어 등장하였다.

기존 IO API에서는 byte streams, character streams를 사용했지만, NIO에서는 채널(Channel)과 버퍼(Buffer)를 사용한다.

Channel

Channel은 NIO의 기본 입출력 방식이다.

Channel이란, 데이터가 흘러다니는 양방향의 통로이다. Channel은 Stream과 유사하지만 동작 방식이 다르다.

•

Channel은 양방향이기 때문에 input/output을 구분하지 않는다.

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Channel은 Stream과 다르게 기본적으로 Buffer를 통해서만 read와 wrtie를 할 수 있는 buffer 방식이다.

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blocking 방식과 non-blocking 방식 모두 사용 가능하다. (Non-blocking 방식으로 데이터를 처리할 수 있어서 과도한 스레드 생성을 피하고 효과적으로 재사용 가능)

Buffer

Buffer란, 임시로 데이터를 담아둘 수 있는 일종의 큐이다. 바이트 단위의 데이터가 입력될 때마다 Stream은 즉시 전송하게 되는데, 이것은 디스크 접근이나 네트워크 접근과 같은 오버헤드가 발생하기 때문에 매우 비효율적인 방법이다.

Buffer는 중간에서 입력을 모아서 한번에 출력함으로써 I/O의 성능을 향상시키는 역할을 한다.

기존 I/O와 NIO의 차이점

InputStream & OutputStream

InputStream은 Stream 중 데이터를 read하는 입구이고, OutputStreawm은 데이터를 write하는 출구히아. 서로 다른 두 클라이언트가 Stream을 사용하면 아래 그림과 같이 진행된다.

InputStream과 OutputStream은 Stream을 이해하는 개념적인 의미이기도 하지만 Java에서는 바이트 시퀀스를 읽거나 쓰기위한 기본 기능을 정의해놓은 추상 클래스이기도 하다. 즉, Java의 모든 바이트 스트림은 InputStream 또는 OutputStream 위에 빌드된다.

Java에서 제공되는 스트림 클래스들은 다형성을 이용해 스트림을 계층화가 가능하며, 더 큰 데이터 유형처리와 같은 더 높은 수준의 기능을 제공할 수도 있다.

출처 : https://javanitto.tistory.com/11

InputStream

바이트 기반 입력 스트림의 최상위 클래스로 추상 클래스이다. 모든 바이트 기반 입력 스트림은 이 클래스를 상속 받아서 만들어진다. InputStream 클래스에는 바이트 기반 입력 스트림이 기본적으로 가져야 할 메서드들이 정의되어있다.

OutputStream

바이트 기반 출력 스트림의 최상위 클래스로 추상클래스이다. 모든 바이트 기반 출력 스트림은 이 클래스를 상속 받아서 만들어집니다. OutputStream 클래스에는 바이트 기반 출력 스트림이 기본적으로 가져야할 메소드가 정의되어 있다.

Byte & Character 스트림

데이터를 어떤 방식으로 전달하느냐에 따라 스트림은 두가지로 나뉜다.

바이트 기반 스트림 - (InputStream, OutputStream)

binary 데이터를 입출력하는 스트림

이미지, 동영상 등을 송수신 할 때 주로 사용한다.

위 입출력들은 모두 InputStream, OutputStream 클래스의 하위클래스이며, 각각 읽고 쓰는데 필요한 추상 메소드를 목적에 맞게 구현해놓은 구현체 클래스이다.

문자 기반 스트림 - Writer, Reader

Stream은 바이트 단위는 바이트 단위로 연결하고 캐릭터 단위는 캐릭터 단위로 연결하는 것이 원칙이다. 바이트기반의 입출력 스트림은 단점이 있다. 바로 자바에선 한 문자를 나타내는 자료형인 char은 1byte가 아닌 2byte이기 때문에 바이트기반의 스트림으로 2byte인 문자를 처리하는 데 어려움이 있다.

이러한 바이트기반의 입출력 스트림의 단점(1byte -> 2byte)을 보완하기 위해 문자기반의 스트림을 제공한다. 문자데이터를 입출력할 때는 바이트기반 스트림 대신 문자 기반스트림을 활용하는 것이 좋은 편이다.

InputStream -> Reader

OutputStream -> Writer

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

자바에서는 표준 입출력(standard I/O)을 위해 3가지 입출력 스트림, System.in, System.out, System.err을 제공하는데, 이 들은 자바 애플리케이션의 실행과 동시에 사용할 수 있게 자동적으로 생성되기 때문에 개발자가 별도로 스트림을 생성하는 코드를 작성하지 않아도 된다.

•

System.in : 표준 입력용 스트림

•

System.out : 표준 출력용 스트림

•

System.err : 표준 오류 출력 스트림

파일 읽고 쓰기(FileInputStream, FileOutputStream)

FileInputStream과 FileOutputStream은 파일에 입출력을 하기 위한 스트림이다.

// 읽기 
public class FileIOStreamTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileInputStream fis = new FileInputStream("./src/test.txt");
        int data = 0;

        while((data=fis.read())!=-1) {
            char c = (char)data;
            System.out.print(c);
        }
    }
}

// 쓰기
public class FileIOStreamTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        int data = 0;
        try {
            // FileOutputStream 은 무조건 해당 파일을 생성한다. append 값을 true로 했기 때문에 이어서 작성할 수 있다.
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("./src/test2.txt", true);
            while((data = System.in.read()) != -1) {
                fos.write(data);
            }
            fos.close(); // 파일을 닫는다.
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}
Java
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BufferedInputStream과 BufferedOutputStream

BufferedInputStream과 BufferedOutputStream은 스트림의 입출력 효율을 높이기 위해 버퍼를 사용하는 보조스트림이다. 한 바이트씩 입출력되는 것 보다는 버퍼(바이트배열)를 이용해서 한 번에 여러 바이트를 입출력하는 것이 빠르기 때문이다.