학습 배경
우아한테크코스 레벨4 과정의 첫번째 미션은 HTTP 서버를 TCP 소켓으로 직접 구현해보는 것이다. 자바에서 소켓을 사용할 때 데이터를 InputStream과 OutputStream을 사용하여 주고 받는다. 하지만 지금까지 스트림을 사용해 본적도 없고, 사실 스트림에 대한 개념도 제대로 잡혀있지 않았다. 이번 기회에 스트림에 대한 개념과 자바에서 스트림을 사용하는 방법을 알아보고자 한다.
스트림(Stream)
Java 8에서 등장한 함수형 프로그래밍 방식의 반복자에 대한 이야기가 아님을 주의하자.
컴퓨터 공학 전반에서 이야기되는 스트림(Stream)은 데이터가 출발지에서 도착지로 단일 방향으로 흘러가는 개념을 의미한다. 데이터는 키보드에서 프로그램으로, 프로그램에서 모니터로, 프로그램에서 파일로 혹은 소켓과 소켓으로 흐를 수 있다.
프로세스가 데이터의 도착지라면 입력 스트림(InputStream), 프로세스가 데이터의 출발지라면 출력 스트림(OutputStream) 이라고 불린다. 기준은 항상 프로그램이다.
자바의 스트림
바이트 기반 스트림과 문자 기반 스트림
자바의 java.io 패키지에서는 다양한 입출력 스트림 클래스를 제공한다. 이 패키지에서 제공하는 스트림은 크게 바이트 기반 스트림과 문자 기반 스트림으로 나누어볼 수 있다.
바이트 기반 스트림은 문자, 그림, 영상 등 다양한 형태의 데이터를 주고 받을 수 있지만, 문자 기반 스트림은 오직 문자만 주고 받을 수 있도록 설계 되었다. 상황에 따라 적절하게 사용하면 될 것 같다.
바이트 기반 스트림
최상위 바이트 기반 스트림 클래스, InputStream과 OutputStream
InputStream 은 바이트 기반 입력 스트림 최상위 추상 클래스이고, OutputStream 은 바이트 기반 출력 스트림 최상위 추상 클래스이다. 이들의 하위 클래스는 XXXInputStream , XXXOutputStream 이라는 네이밍을 가진다. 이를테면, FileInputStream 이 있다.
InputStream 주요 메소드
InputStream 의 주요 메소드를 몇가지 알아보자.
read()
입력 스트림으로부터 1바이트를 읽고, 4바이트 int 타입으로 리턴한다. 따라서 int 타입의 4바이트 중 마지막 1바이트에만 데이터가 저장된다. 더이상 읽어올 데이터가 없다면, -1을 리턴한다.
현재 sample.txt 에는 hello, world! 라는 데이터가 저장 되어있다.
String filePath = getClass().getClassLoader().getResource("sample.txt").getPath();
InputStream inputStream = new FileInputStream(filePath);
while(true) {
int read = inputStream.read();
if (read < 0) {
break;
}
System.out.print((char) read);
}
inputStream.close();
// Stream은 사용이 끝난 이후 닫아 자원을 해제해야한다.
getClass().getClassLoader().getResource("sample.txt").getPath()는resources디렉토리의 파일 경로를 얻어오기 위한 코드이다.
스트림은 꼭 사용이 끝나면
close()메소드로 스트림을 닫아 자원을 해제해야한다. 이는try with resources문법으로 간략하게 실행할수도 있다.
read(byte[] b)
파라미터로 전달한 바이트 배열에 스트림으로부터 읽어들인 데이터를 저장한다.
String filePath = getClass().getClassLoader().getResource("sample.txt").getPath();
InputStream inputStream = new FileInputStream(filePath);
byte[] arr = new byte[20];
int read = inputStream.read(arr);
System.out.println("read = " + read); // 14
String str = new String(arr);
System.out.println("str = " + str); // hello, world!반환 값은 읽어들인 데이터의 바이트 수 이다. hello, world! 와 개행까지 포함하여 14 바이트를 읽어온 것을 확인할 수 있다. arr 을 String 타입으로 변경하여 출력하면 제대로 글자가 출력되는 것을 볼 수 있다.
참고로 arr 의 사이즈를 20에서 10으로 줄이면, hello, wor 까지만 읽어온다.
read(byte[] b, int off, int len)
// ...
InputStream inputStream = new FileInputStream(filePath);
byte[] arr = new byte[10];
inputStream.read(arr, 3, 5);
for (byte b : arr) {
System.out.print(b + ", ");
}
// 0, 0, 0, 104, 101, 108, 108, 111, 0, 0,주어진 arr 배열의 인덱스 3부터, 5개의 데이터를 저장한다.
OutputStream 주요 메소드
write(int b)
FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream("파일경로");
byte[] bytes = "Hello, World!".getBytes();
for (byte b : bytes) {
outputStream.write(b);
}
outputStream.close();출력 스트림으로 단일 바이트를 출력한다. 위 예제는 FileOutputStream 을 사용하여 파일로 스트림을 출력하는 예제이다.
파라미터가 int 임에 주의하자. int 는 4바이트이다. write() 메소드에 int 형 데이를 전달하면 마지막 1 바이트만 전송된다는 점을 기억하자.
write(byte[] b)
파라미터로 전달된 바이트 배열을 출력 스트림으로 전송한다.
FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream("파일경로");
byte[] bytes = "Hello, World!".getBytes();
outputStream.write(bytes);write(byte[] b, int off, int len)
주어진 바이트 배열에서 off 번째부터 len 개의 데이터를 전송한다.
FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream("/Users/hudi/Desktop/sample.txt");
byte[] bytes = "Hello, World!".getBytes();
outputStream.write(bytes, 3, 5); // lo, w문자 기반 스트림
최상위 문자 기반 스트림 클래스, Reader와 Writer
Reader 는 문자 기반 입력 스트림 최상위 추상 클래스이고, Writer 는 문자 기반 출력 스트림 최상위 추상 클래스이다. 이들의 하위 클래스는 XXXReader , XXXWriter 이라는 네이밍을 가진다. 이를테면, FileReader 가 있다.
Reader 주요 메소드
read()
read() 메소드는 입력 대상으로 부터 2바이트의 데이터를 읽고, 4바이트인 int 형으로 반환한다. InputStream 처럼 더이상 읽을 데이터가 없다면 -1을 반환한다.
Reader reader = new FileReader(filePath);
while (true) {
int read = reader.read();
if (read < 0) {
break;
}
System.out.print((char) read);
}read(char[] cbuf)
파라미터로 전달된 char 배열에 읽어온 데이터를 저장한다.
Reader reader = new FileReader(filePath);
char[] chars = new char[5];
reader.read(chars);
System.out.println(chars);
// Hello
reader.close();Writer 주요 메소드
Writer의 주요 메소드로는 write(int c) , write(char[] cbuf) , write(char[] c, int off, int len) 등이 있다. 앞서 설명한 여러 스트림 클래스의 사용법과 동일하므로 코드는 생략한다.
write(String str), write(String str, int off, int len)
편의를 위해 char 의 배열이 아니라 String 타입도 전달할 수 있도록 설계되었다.
Writer writer = new FileWriter("파일명");
writer.write("Hello, World!");write(String str, int off, int len) 은 앞서 설명한 여러 메소드와 사용법이 동일하니 코드는 생략한다.
마치며
포스팅에서 사용한 스트림 말고도 Console 이나, 여러 구현체들이 존재하는데 원래의 공부 목적에서 많이 벗어날 것 같아서 아직은 공부하지 않았다. 나중에 그 지식들이 필요해지면 공부해볼 예정이다.
다음 포스트에서는 BufferedInputStream 과 같은 스트림의 성능 향상을 위한 보조 스트림에 대해서 공부해본 내용을 정리해보고자 한다.
참고
- 이것이 자바다, 신용권