I/O 기본2

문자 다루기1 - 시작

스트림의 모든 데이터는 byte 를 사용한다. 따라서 byte 가 아닌 문자를 직접 스트림에 전달할 수 없다.

예를 들어, String 문자를 스트림을 통해 파일에 전달하려면 String 을 byte 로 변환한 다음에 저장해야 한다.

package io.text;

public class TextConst {
    public static final String FILE_NAME = "temp/hello.txt";
}

package io.text;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.util.Arrays;

import static io.text.TextConst.FILE_NAME;
import static java.nio.charset.StandardCharsets.UTF_8;

public class ReaderWriterMainV1 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String writeString = "ABC";
        byte[] writeBytes = writeString.getBytes(UTF_8);
        System.out.println("write String : " + writeString );
        System.out.println("write bytes : " + Arrays.toString(writeBytes));

        // 파일 쓰기
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(FILE_NAME);
        fos.write(writeBytes);
        fos.close();

        // 파일 읽기
        FileInputStream fis = new FileInputStream(FILE_NAME);
        byte[] readBytes = fis.readAllBytes();
        fis.close();
        System.out.println("read bytes : " + Arrays.toString(readBytes));
        System.out.println("read String : " + new String(readBytes, UTF_8));

    }
}

byte[] writeBytes = writeString.getBytes(UTF-8)

• String 을 byte 로 변환할 때는 String.getBytes(Charset) 을 사용하면 된다.

• 이때 문자를 byte 숫자로 변경해야 하기 때문에, 반드시 문자 집합(인코딩 셋) 을 지정해야 한다.

• 여기서는 UTF_8로 인코딩 한다.

• ABC 를 인코딩하면 65,66,67 이 된다.

이렇게 만든 byte[] 을 FileOutputStream 에 write() 로 전달하면 65,66,67 을 파일에 저장할 수 있다. 결과적으로 우리가 의도한 ABC 문자를 파일에 저장할 수 있다.

String readString = new String(readBytes, UTF_8)

• 반대의 경우도 비슷하다. String 객체를 생성할 때, 읽어들인 byte[] 과 디코딩 할 문자 집합을 전달하면 된다.

• 그러면 byte[] 을 String 문자로 다시 복원할 수 있다.

여기서 핵심은 스트림은 byte 만 사용할 수 있으므로, String 과 같은 문자는 직접 전달할 수 는 없다는 점이다. 그래서 개발자가 번거롭게 다음과 같은 변환 과정을 직접 호출해주어야 한다.

• String + 문자 집합 -> byte[]

• byte[] + 문자 집합 -> String

2. 문자 다루기2 - 스트림을 문자로

• OutputStreamWriter : 스트림에 byte 대신에 문자를 저장할 수 있게 지원한다.

• InputStreamReader : 스트림에 byte 대신에 문자를 읽을 수 있게 지원한다.

package io.text;

import java.io.*;

import static io.text.TextConst.FILE_NAME;
import static java.nio.charset.StandardCharsets.UTF_8;

public class ReaderWriterMainV2 {
       public static void main(String[] args) throws IOException {
              String writeString = "ABC";
              System.out.println("write String: " + writeString);
              
              // 파일에 쓰기
              FileOutputStream fos = new FileOutputStream(FILE_NAME);
              OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(fos, UTF_8);
              osw.write(writeString);
              osw.close();
              
              // 파일에서 읽기
              FileInputStream fis = new FileInputStream(FILE_NAME);
              InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis, UTF_8);
              StringBuilder content = new StringBuilder();
              int ch;
              while ((ch = isr.read()) != -1) {
                     content.append((char) ch);
              }
              isr.close();
              
              System.out.println("read String: " + content);
       }
}

OutputStreamWriter

• OutputStreamWriter 는 문자를 입력 받고, 받은 문자를 인코딩해서 byte[] 로 변환한다.

• OutputStreamWriter 는 변환한 byte[] 를 전달할 OutputStream 과 인코딩 문자 집합에 대한 정보가 필요하다. 따라서 두 정보를 생성자를 통해 전달해야 한다.

  • new OutputStreamWrite(fos, UTF_8)

• osw.writer(writeString) 을 보면 String 문자를 직접 전달하는 것을 확인할 수 있다.

• 그림을 보면 OutputStreamWriter 가 문자 인코딩을 통해 byte[] 로 변환하고, 반환 결과를 FileOutputStream 에 전달하는 것을 확인할 수 있다.

InputStreamReader

• 데이터를 읽을 때는 int ch = read() 를 제공하는데, 여기서는 문자 하나인 char 형으로 데이터를 받게 된다. 그런데 실제 반환 타입은 int 형이므로 char 형으로 캐스팅하여 사용하면 된다.

• 자바의 char 형은 파일의 끝(EOF)인 -1 를 표현할 수 없으므로 대신 int 를 반환한다.

• 그림을 보면 데이터를 읽을 때, FileInputStream 에서 byte[] 를 읽은 것을 확인할 수 있다. InputStreamReader 는 이렇게 읽은 byte[] 을 문자인 char 로 변경해서 반환한다. 물론 byte 를 문자로 변경할 때도 문자 집합이 필요하다.

  • new InputStreamReader(fis, UTF_8)

OutputStreamWriter, InputStreamReader 덕분에 매우 편리하게 문자를 byte[] 로 변경하고, 그 반대도 가능하다. 덕분에 개발자는 쉽게 String 문자를 파일에 저장할 수 있다.

앞서 우리가 스트림을 배울 때 분명 byte 단위로 데이터를 읽고 쓰는 것을 확인했다. write() 의 경우에도 byte 단위로 데이터를 읽고 썼다. 최상위 부모인 OutputStream 의 경우 분명 write() 가 byte 단위로 입력하도록 되어있다.

그런데 OutputStreamWriter 의 write() 는 byte 가 아니라 String 이나 char 를 사용한다. 어떻게 된 일일까?

문자 다루기3 - Reader, Writer

자바는 byte 를 다루는 I/O 클래스와 문자를 다루는 I/O 클래스를 둘로 나누었다.

• byte 를 다루는 클래스는 OutputStream, InputStream 의 자식이다.

  • 부모 클래스의 기본 기능도 byte 단위를 다룬다.

  • 클래스 이름 마지막에 보통 OutputStream, InputStream 이 붙어있다.

• 문자를 다루는 클래스는 Writer, Reader 의 자식이다.

  • 부모 클래스의 기본 기능은 String, char 같은 문자를 다룬다.

  • 클래스 이름 마지막에 보통 Writer, Reader 가 붙어있다.

우리가 앞서 본 OuputStreamWriter 는 바로 문자를 다루는 Wrtier 클래스의 자식이다. 그래서 write(String) 이 가능한 것이다. OutputStreamWriter 는 문자를 받아서 byte 로 변경한 다음에 byte 를 다루는 OutputStream 으로 데이터를 전달했던 것이다.

여기서 꼭! 기억해야 할 중요한 사실이 있다. 처음에 언급했듯이 모든 데이터는 byte 단위(숫자)로 저장된다. 따라서 Writer 가 아무리 문자를 다룬다고 해도 문자를 바로 저장할 수는 없다. 이 클래스에 문자를 전달하면 결과적으로 내부에서는 지정된 문자 집합을 사용해서 문자를 byte 로 인코딩해서 저장한다.

FileWriter, FileReader

Writer, Reader 를 사용하는 다른 예를 하나 더 보자.

package io.text;

import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;

import static io.text.TextConst.FILE_NAME;
import static java.nio.charset.StandardCharsets.UTF_8;

public class ReaderWriterMainV3 {
       public static void main(String[] args) throws IOException {
              String writeString = "ABC";
              System.out.println("write String: " + writeString);
              
              // 파일에 쓰기
              FileWriter fw = new FileWriter(FILE_NAME, UTF_8);
              fw.write(writeString);
              fw.close();
              
              // 파일에서 읽기
              StringBuilder content = new StringBuilder();
              FileReader fr = new FileReader(FILE_NAME, UTF_8);
              int ch;
              while ((ch = fr.read()) != -1) {
                     content.append((char) ch);
              }
              fr.close();
              
              System.out.println("read String: " + content);
       }
}

new FileWriter(FILE_NAME, UTF_8)

• FileWriter 에 파일명과, 문자 집합(인코딩 셋) 을 전달한다.

• FileWriter 는 사실 내부에서 스스로 FileOutputStream 을 하나 생성해서 사용한다.

• 모든 데이터는 byte 단위로 저장된다는 사실을 다시 떠올려보자

public FileWriter(String fileName, Charset charset) throws IOException {
    super(new FileOutputStream(fileName), charset);
}

fw.wirte(writeString)

• 이 메서드를 사용하면 문자를 파일에 직접 쓸 수 있다. (물론 내부적으로 그런 것은 아니다)

• 이렇게 문자를 쓰면 FileWriter 내부에서는 인코딩 셋을 사용해서 문자를 byte 로 변경하고, FileOutputStream 을 사용해서 파일에 저장한다.

• 개발자가 느끼기에는 문자를 직접 파일에 쓰는 것 처럼 느껴지지만, 실제로는 내부에서 문자를 byte 로 변환한다.

new FileReader(FILE_NAME, UTF_8)

• 앞서 설명한 FileWriter 와 같은 방식으로 작동한다 .

• 내부에서 FileInputStream 을 생성해서 사용한다.

public FileReader(String fileName, Charset charset) throws IOException {
    super(new FileInputStream(fileName), charset);
}

ch = fe.read()

• 데이터를 읽을 때도 내부에서는 FileInputStream 을 사용해서 데이터를 byte 단위로 읽어들인다. 그리고 문자 집합을 사용해서 byte[] 을 char 로 디코딩한다.

FileWriter 와 OutputStreamWriter

• FileWriter 코드와 앞서 작성한 OutputStreamWriter 를 사용한 코드가 뭔가 비슷하다는 점을 알 수 있다.

• 딱 하나의 차이점이 있다면 이전 코드에서는 FileOutputStream 을 직접 생성했는데, FileWriter 는 생성자 내부에서 대신 FileOutputStream 을 생성해준다.

• 사실 FileWriter 는 OuputStreamWriter 를 상속한다. 그리고 다른 추가 기능도 없다.

• 딱 하나, 생성자에서 개발자 대신에 FileOutputStream 을 생성해주는 일만 대신 처리해준다.

• 따라서 FileWriter 는 OutputStreamWriter 를 조금 편리하게 사용하게 해줄 뿐이다. (FileReader 도 마찬가지..)

정리

Writer , Reader 클래스를 사용하면 바이트 변환 없이 문자를 직접 다룰 수 있어서 편리하다. 하지만 실제로는 내부에서 byte로 변환해서 저장한다는 점을 꼭 기억하자. 모든 데이터는 바이트 단위로 다룬다! 문자를 직접 저장할 수는 없다!

그리고 반드시 기억하자, 문자를 byte로 변경하려면 항상 문자 집합(인코딩 셋)이 필요하다!

참고: 문자 집합을 생략하면 시스템 기본 문자 집합이 사용된다.

문자 다루기4 - BufferedReader

BufferedOutputStream, BufferdInputStream 과 같이 Reader, Writer 에도 버퍼 보조 기능을 제공하는 BufferedReader, BufferedWriter 클래스가 있다.

추가로 문자를 다룰 때는 한 줄 단위로 다룰 때가 많다.

• BufferedReader 는 한 줄 단위로 문자를 읽는 기능도 추가로 제공한다.

package io.text;

import java.io.*;

import static io.text.TextConst.FILE_NAME;
import static java.nio.charset.StandardCharsets.UTF_8;

public class ReaderWriterMainV4 {

       private static final int BUFFER_SIZE = 8192;
       
       public static void main(String[] args) throws IOException {
              String writeString = "ABC\n가나다";
              System.out.println("== Write String ==");
              System.out.println(writeString);
              
              // 파일에 쓰기
              FileWriter fw = new FileWriter(FILE_NAME, UTF_8);
              BufferedWriter bw = new BufferedWriter(fw, BUFFER_SIZE);
              bw.write(writeString);
              bw.close();
              
              // 파일에서 읽기
              StringBuilder content = new StringBuilder();
              FileReader fr = new FileReader(FILE_NAME, UTF_8);
              BufferedReader br = new BufferedReader(fr, BUFFER_SIZE);
              
              String line;
              while ((line = br.readLine()) != null) {
                     content.append(line).append("\n");
              }
              br.close();
              
              System.out.println("== Read String ==");
              System.out.println(content);
       }
}

• br.readLine()

  • 한 줄 단위로 문자를 읽고 String 을 반환한다.

  • 파일의 끝(EOF) 에 도달하면 null 을 반환한다.

    • 반환 타입이 String 이기 때문에, EOF 를 -1 로 표현할 수 없다. 대신에 null 을 반환한다.