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Pacote java.io

"A benevolência é sobretudo um vício do orgulho, e não uma virtude da alma." -- Doantien Alphonse François (Marquês de Sade)

Ao final deste capítulo, você será capaz de:

Conhecendo uma API

Conheceremos as APIs do Java. O java.io e java.util têm as classes que você mais comumente usará, não importando se seu aplicativo é desktop, web, ou mesmo para celulares.

Apesar de ser importante conhecer nomes e métodos das classes mais utilizadas, o interessante aqui é você enxergar que todos os conceitos previamente estudados são aplicados a toda hora nas classes da biblioteca padrão.

Não se preocupe em decorar nomes. Atenha-se em entender como essas classes estão relacionadas e como elas estão tirando proveito do uso de interfaces, polimorfismo, classes abstratas e encapsulamento. Lembre-se de estar com a documentação (Javadoc) aberta durante o contato com esses pacotes.

Veremos também Threads e sockets, em capítulos posteriores, que ajudarão a condensar nosso conhecimento, tendo em vista que, no exercício de sockets, utilizaremos todos conceitos aprendidos juntamente com as várias APIs.

Orientação a objetos no java.io

Assim como todo o resto das bibliotecas em Java, a parte de controle de entrada e saída de dados (conhecido como io) é orientada a objetos e usa os principais conceitos mostrados até agora: interfaces, classes abstratas e polimorfismo.

A ideia atrás do polimorfismo no pacote java.io é de utilizar fluxos de entrada (InputStream) e saída (OutputStream) para toda e qualquer operação, seja ela relativa a um arquivo, seja relativa a um campo blob do banco de dados, a uma conexão remota via sockets, ou até mesmo à entrada e saída padrão de um programa (normalmente o teclado e o console).

As classes abstratas InputStream e OutputStream definem, respectivamente, o comportamento padrão dos fluxos em Java: em um fluxo de entrada, é possível ler bytes e, no fluxo de saída, escrever bytes.

A grande vantagem dessa abstração pode ser mostrada em um método qualquer que utiliza um OutputStream recebido como argumento com o objetivo de escrever em um fluxo de saída. A qual lugar o método está escrevendo? Não se sabe e não importa: quando o sistema precisar escrever em um arquivo ou em uma socket, basta chamar o mesmo método, uma vez que ele aceita qualquer filha de OutputStream!

InputStream, InputStreamReader e BufferedReader

Com o escopo de ler um byte de um arquivo, usaremos o leitor de arquivo FileInputStream. Para um FileInputStream conseguir ler um byte, ele precisa saber de qual lugar ele deverá ler. Essa informação é tão importante que quem escreveu essa classe obriga você a passar o nome do arquivo pelo construtor: sem isso, o objeto não pode ser construído.

    class TestaEntrada {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            InputStream is = new FileInputStream("arquivo.txt");
            int b = is.read();
        }
    }

A classe InputStream é abstrata, e FileInputStream, uma de suas filhas concretas. FileInputStream procurará o arquivo no diretório em que a JVM fora invocada (no caso do Eclipse, será a partir de dentro do diretório do projeto). Alternativamente, você pode usar um caminho absoluto.

Quando trabalhamos com java.io, diversos métodos lançam IOException, que é uma exception do tipo checked - o que nos obriga a tratá-la ou declará-la. Nos exemplos aqui, estamos declarando IOException por meio da cláusula throws do main apenas para facilitar o exemplo. Caso a exception ocorra, a JVM irá parar, mostrando a stacktrace. Essa não é uma boa prática em uma aplicação real: trate suas exceptions a fim de sua aplicação poder abortar elegantemente.

InputStream tem diversas outras filhas, como ObjectInputStream, AudioInputStream, ByteArrayInputStream, entre outras.

Para recuperar um caractere, precisamos traduzir os bytes com o encoding dado ao respectivo código unicode, isso pode usar um ou mais bytes. Escrever esse decodificador é muito complicado, quem faz isso por você é a classe InputStreamReader.

    class TestaEntrada {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            InputStream is = new FileInputStream("arquivo.txt");
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
            int c = isr.read();
        }
    }

O construtor de InputStreamReader pode receber o encoding a ser utilizado como parâmetro, se desejado, tal como UTF-8 ou ISO-8859-1.

Encodings

Devido à grande quantidade de aplicativos internacionalizados de hoje em dia, é imprescindível que um bom programador entenda bem o que são os character encodings e o Unicode. O blog da Caelum tem um bom artigo a respeito disso:

http://blog.caelum.com.br/2006/10/22/entendendo-unicode-e-os-character-encodings/

InputStreamReader é filha da classe abstrata Reader, que tem diversas outras filhas - são classes que manipulam chars.

Apesar de a classe abstrata Reader já ajudar no trabalho de manipulação de caracteres, ainda seria difícil pegar uma String. A classe BufferedReader é um Reader que recebe outro Reader pelo construtor e concatena os diversos chars para formar uma String por intermédio do método readLine:

    class TestaEntrada {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            InputStream is = new FileInputStream("arquivo.txt");
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
            String s = br.readLine();
        }
    }

Como o próprio nome diz, essa classe lê do Reader por pedaços (usando o buffer) para evitar realizar muitas chamadas ao sistema operacional. Você pode até configurar o tamanho do buffer pelo construtor.

É essa a composição de classes que está acontecendo:

{w=90}

Esse padrão de composição é bastante utilizado e conhecido. É o Decorator Pattern.

Aqui, lemos apenas a primeira linha do arquivo. O método readLine devolve a linha que foi lida e muda o cursor para a próxima linha. Caso ele chegue ao fim do Reader (no nosso caso, final do arquivo), ele vai devolver null. Então, com um simples laço, podemos ler o arquivo por inteiro:

    class TestaEntrada {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            InputStream is = new FileInputStream("arquivo.txt");
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);

            String s = br.readLine(); // primeira linha

            while (s != null) {
                System.out.println(s);
                s = br.readLine();
            }

            br.close();
        }
    }

Lendo Strings do teclado

Com um passe de mágica, passamos a ler do teclado em vez de um arquivo, utilizando o System.in, que é uma referência a um InputStream, o qual, por sua vez, lê da entrada padrão.

    class TestaEntrada {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            InputStream is = System.in;
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
            String s = br.readLine();

            while (s != null) {
                System.out.println(s);
                s = br.readLine();
            }
        }
    }

Somente modificamos a quem a variável is está se referindo. Podemos receber argumentos do tipo InputStream e ter esse tipo de abstração: não importa exatamente de qual lugar estamos lendo esse punhado de bytes, desde que recebamos a informação a qual estamos querendo. Como na figura:

{w=90}

Repare que a ponta da direita poderia ser qualquer InputStream, seja ObjectInputStream, seja AudioInputStream, ByteArrayInputStream, ou a nossa FileInputStream. Polimorfismo! Ou você mesmo pode criar uma filha de InputStream se desejar.

Por esse motivo, é muito comum métodos receberem e retornarem InputStream em vez de suas filhas específicas. Com isso, elas desacoplam as informações e escondem a implementação, facilitando a mudança e manutenção do código. Note: tudo isso vai ao encontro de tudo o que aprendemos durante os capítulos que apresentaram as classes abstratas, as interfaces, o polimorfismo e o encapsulamento.

A analogia para a escrita: OutputStream

Como você pode imaginar, escrever em um arquivo é o mesmo processo:

{w=90}
    class TestaSaida {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            OutputStream os = new FileOutputStream("saida.txt");
            OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(os);
            BufferedWriter bw = new BufferedWriter(osw);

            bw.write("caelum");

            bw.close();
        }
    }

Lembre-se de dar refresh (clique com o botão direito no nome do projeto, refresh) no seu projeto do Eclipse para que o arquivo criado apareça. O FileOutputStream pode receber um booleano como segundo parâmetro a fim de indicar se você quer reescrever o arquivo ou manter o que já estava escrito (append).

O método write do BufferedWriter não insere o(s) caractere(s) de quebra de linha. Para isso, você pode chamar o método newLine.

Fechando o arquivo com o finally e o try-with-resources

É importante sempre fechar o arquivo. Você pode fazê-lo chamando diretamente o método close do FileInputStream/OutputStream, ou ainda chamando o close do BufferedReader/Writer. Nesse último caso, o close será cascateado para os objetos os quais o BufferedReader/Writer utiliza a fim de realizar a leitura/escrita, além de ele fazer o flush dos buffers no caso da escrita.

É comum e fundamental que o close esteja dentro de um bloco finally. Se um arquivo for esquecido aberto, e a referência a ele for perdida, pode ser que ele seja fechado pelo garbage collector (que veremos mais à frente) por causa do finalize. Mas não é bom você se prender a isso. Se esquecer de fechar o arquivo, no caso de um programa minúsculo como esse, o programa terminará antes que o tal do garbage collector o ajude, resultando em um arquivo não escrito (os bytes ficaram no buffer do BufferedWriter). Problemas similares podem acontecer com leitores que não forem fechados.

No Java 7, há a estrutura try-with-resources, que já fará o finally cuidar dos recursos declarados dentro do try(), invocando close. Para isso, os recursos devem implementar a interface java.lang.AutoCloseable, que é o caso dos Readers, Writers e Streams estudados aqui:

try (BufferedReader br = new BufferedReader(new File("arquivo.txt"))) {
  // com exceção ou não, o close() do br será invocado
}

Uma maneira mais fácil: Scanner e PrintStream

A partir do Java 5, temos a classe java.util.Scanner, que facilita bastante o trabalho de ler de um InputStream. Além disso, a classe PrintStream tem um construtor o qual já recebe o nome de um arquivo como argumento. Dessa forma, a leitura do teclado com saída para um arquivo ficou muito simples:

        Scanner s = new Scanner(System.in);
        PrintStream ps = new PrintStream("arquivo.txt");
        while (s.hasNextLine()) {
            ps.println(s.nextLine());
        }

Nenhum dos métodos lança IOException: PrintStream lança FileNotFoundException se você o construir passando uma String. Essa exceção é filha de IOException e indica que o arquivo não foi encontrado. O Scanner considerará que chegou ao fim se uma IOException for lançada, mas o PrintStream simplesmente engole exceptions desse tipo. Ambos têm métodos para você verificar se algum problema ocorreu.

A classe Scanner é do pacote java.util. Ela tem métodos muito úteis a fim de trabalhar com Strings, em especial, diversos métodos já preparados para pegar números e palavras antes formatadas por meio de expressões regulares. Fica fácil parsear um arquivo com qualquer formato dado.

System.out

Como vimos no capítulo passado, o atributo out da classe System é do tipo PrintStream (é, portanto, um OutputStream).

EOF

Quando rodar sua aplicação, para encerrar a entrada de dados do teclado, é necessário enviarmos um sinal de fim de stream. É o famoso EOF, isto é, end of file.

No Linux/Mac/Solaris/Unix, você o faz com o ctrl + D. No Windows, use o ctrl + Z.

Um pouco mais...

Integer e classes wrappers (box)

Anteriormente, vimos que conseguimos ler e escrever dados em um arquivo no Java utilizando a classe Scanner. Por padrão, quando fazemos essas operações, estamos trabalhando sempre com os dados em forma de String. Mas e se precisássemos ler ou escrever números inteiros em um arquivo? Como faríamos para transformar esses números em String, e vice-versa?

Cuidado! Usamos aqui o termo transformar, porém o que ocorre não é uma transformação entre os tipos, e sim uma forma de conseguirmos um String dado um int, e vice-versa. O jeito mais simples de transformar um número em String é concatená-lo da seguinte maneira:

    int i = 100;
    String s = "" + i;
    System.out.println(s);

    double d = 1.2;
    String s2 = "" + d;
    System.out.println(s2);

Para formatar o número de uma maneira diferente, com vírgula e número de casas decimais, devemos utilizar outras classes de ajuda (NumberFormat, Formatter).

A fim de transformar uma String em número, utilizamos as classes de ajuda para os tipos primitivos correspondentes. Por exemplo, com o intuito de transformar a String s em um número inteiro, utilizamos o método estático da classe Integer:

    String s = "101";
    int i = Integer.parseInt(s);

As classes Double, Short, Long, Float, etc. contêm o mesmo tipo de método, como parseDouble e parseFloat, que retornam um double e float respectivamente.

Essas classes também são muito utilizadas para fazer o wrapping (embrulho) de tipos primitivos como objetos, pois referências e tipos primitivos são incompatíveis. Imagine que precisemos passar como argumento um inteiro para o nosso guardador de objetos. Um inteiro não é um Object, como o faríamos?

    int i = 5;
    Integer x = new Integer(i);
    guardador.adiciona(x);

E, dado um Integer, poderíamos pegar o int que está dentro dele (desembrulhá-lo):

    int i = 5;
    Integer x = new Integer(i);
    int numeroDeVolta = x.intValue();

Autoboxing no Java 5.0

Esse processo de wrapping e unwrapping é entediante. Do Java 5.0 em diante, há um recurso chamado de autoboxing, que faz isso sozinho para você, custando legibilidade:

    Integer x = 5;
    int y = x;

No Java 1.4, esse código é inválido. No Java 5.0 em diante, ele compila perfeitamente. É importante ressaltar: isso não quer dizer que tipos primitivos e referências sejam do mesmo tipo, isso é simplesmente um açúcar sintático (syntax sugar) para facilitar a codificação.

Você pode fazer todos os tipos de operações matemáticas com os wrappers, porém corre o risco de tomar um NullPointerException.

Você pode fazer o autoboxing diretamente para Object também, possibilitando passar um tipo primitivo a um método que receber Object como argumento:

    Object o = 5;

Para saber mais: java.lang.Math

Na classe Math, existe uma série de métodos estáticos que fazem operações com números, por exemplo, arredondar(round), tirar o valor absoluto (abs), tirar a raiz(sqrt), calcular o seno(sin) e outros.

    double d = 4.6;
    long i = Math.round(d);

    int x = -4;
    int y = Math.abs(x);

Consulte a documentação para ver a grande quantidade de métodos diferentes.

No Java 5.0, podemos tirar proveito do import static aqui:

    import static java.lang.Math.*;

Isso elimina a necessidade de usar o nome da classe sob o custo de legibilidade:

    double d = 4.6;
    long i = round(d);
    int x = -4;
    int y = abs(x);

Exercícios: Java I/O

Salvaremos as contas cadastradas em um arquivo para não precisar ficar adicionando-as a todo momento.

  1. Na classe ManipuladorDeContas, crie o método salvaDados que recebe um Evento do qual obteremos a lista de contas.

    Dica: a classe Evento tem o método getLista("listaContas"), que irá ajudá-lo nesse item.

  2. Para não colocarmos todo o código de gerenciamento de arquivos dentro da classe ManipuladorDeContas, criaremos uma nova classe cuja responsabilidade será lidar com a escrita/leitura de arquivos.

    Crie a classe RepositorioDeContas dentro do pacote br.com.caelum.contas e declare o método salva, que deverá receber a lista de contas a serem guardadas. Nesse método, você deve percorrer a lista de contas e salvá-las, separando as informações de tipo, numero, agencia, titular e saldo com vírgulas.

    Dica: você precisará da classe java.io.PrintStream para fazer esse item.

    O compilador reclamará que você não está tratando algumas exceções (como java.io.FileNotFoundException). Utilize o devido try/catch e relance a exceção como RuntimeException. Utilize o quickfix do Eclipse para facilitar (Ctrl + 1).

    Vale lembrar que deixar todas as exceptions passarem despercebidas não é uma boa prática! Você pode usá-la aqui, pois estamos focando apenas no aprendizado da utilização do java.io.

    Quando trabalhamos com recursos os quais falam com a parte externa da nossa aplicação, é preciso que avisemos quando acabarmos de usá-los. Por isso, é importantíssimo lembrar de fechar os canais com o exterior que abrimos utilizando o método close!

  3. Voltando à classe ManipuladorDeContas, completemos o método salvaDados para que utilize a nossa nova classe RepositorioDeContas criada:

    • No corpo do método, crie uma lista de contas e atribua a ela o retorno do método getLista da classe Evento:
    List<Conta> contas = evento.getLista("listaContas");

    Dica: aqui você precisará invocar o método salva da classe RepositorioDeContas.

    Rode sua aplicação, cadastre algumas contas e veja se aparece um arquivo chamado contas.txt dentro do diretório src de seu projeto. Talvez seja necessário dar um F5 nele para que o arquivo apareça.

  4. (Opcional e difícil) Façamos com que, além de salvar os dados em um arquivo, nossa aplicação também consiga carregar as informações das contas com o intuito de já exibi-las na tela. Para o funcionamento da aplicação, é necessário que a nossa classe ManipuladorDeContas tenha um método chamado carregaDados, o qual devolva uma List<Conta>. Façamos o mesmo que anteriormente e encapsulemos a lógica de carregamento dentro da classe RepositorioDeContas:

    public List<Conta> carregaDados() {
    RepositorioDeContas repositorio = new RepositorioDeContas();
    return repositorio.carrega();
}

    Faça o código referente ao método carrega, que devolve uma List dentro da classe RepositorioDeContas utilizando a classe Scanner. Para obter os valores de cada atributo, você pode utilizar o método split da String. Lembre-se de que os atributos das contas são carregados na seguinte ordem: tipo, numero, agencia, titular e saldo. Exemplo:

    String linha = scanner.nextLine();
String[] valores = linha.split(",");
String tipo = valores[0];

    Além disso, a conta deve ser instanciada de acordo com o conteúdo do tipo obtido. Também fique atento, pois os dados lidos virão sempre lidos em forma de String, e, para alguns atributos, será necessário transformar o dado nos tipos primitivos correspondentes. Por exemplo:

    String numeroTexto = valores[1];
int numero = Integer.parseInt(numeroTexto);

  5. (Opcional) A classe Scanner é muito poderosa! Consulte seu Javadoc para saber sobre o delimiter e os outros métodos next.

  6. (Opcional) Crie uma classe TestaInteger, e façamos comparações com Integers dentro do main:

    Integer x1 = new Integer(10);
Integer x2 = new Integer(10);

if (x1 == x2) {
    System.out.println("igual");
} else {
    System.out.println("diferente");
}

    E se testarmos com o equals? O que podemos concluir?

  7. (Opcional) Um double não está sendo suficiente para guardar a quantidade de casas necessárias em uma aplicação. Preciso guardar um número decimal muito grande. O que poderia usar?

    O double também tem problemas de precisão ao fazer contas por causa de arredondamentos da aritmética de ponto flutuante definido pela IEEE 754:

    http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_754

    Ele não deve ser usado se você precisa realmente de muita precisão (casos que envolvam dinheiro, por exemplo).

    Consulte a documentação, tente adivinhar onde você pode encontrar um tipo que o ajudaria a resolver esses casos e veja como é intuitivo. Qual é a classe que resolveria esses problemas?

    Lembre-se: no Java, há muito já pronto. Seja na biblioteca padrão, seja em bibliotecas open source, que você pode encontrar pela internet.

Discussão em aula: Design Patterns e o Template Method

Aplicar bem os conceitos de orientação a objetos é sempre uma grande dúvida. Sempre queremos encapsular direito, favorecer a flexibilidade, desacoplar classes, escrever código elegante e de fácil manutenção. E ouvimos falar que a orientação a objetos ajuda em tudo isso.

Mas onde usar herança de forma saudável? Como usar interfaces? Em que o polimorfismo me ajuda? Como encapsular direito? Classes abstratas são usadas em quais situações?

Muitos anos atrás, grandes nomes do mundo da orientação a objetos perceberam que criar bons designs orientados a objetos era um enorme desafio para muitas pessoas. Perceberam que vários problemas de OO apareciam recorrentemente em diversos projetos e as pessoas já tinham certas soluções para esses problemas clássicos (nem sempre muito elegantes).

O que fizeram foi criar soluções padrões para problemas comuns na orientação a objetos e chamaram isso de Design Patterns, ou Padrões de Projeto. O conceito vinha da arquitetura, na qual era muito comum ter esse tipo de solução. E, em 1994, ganhou grande popularidade na computação com o livro Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software, um catálogo com várias dessas soluções escrito por Erich Gamma, Ralph Johnson, Richard Helm e John Vlissides (a Gangue dos Quatro, GoF).

Design Patterns tornou-se referência absoluta no bom uso da orientação a objetos. Outros padrões surgiram depois em outras literaturas igualmente consagradas. O conhecimento dessas técnicas é imprescindível para o bom programador.

Discuta com o instrutor como os Design Patterns ajudam a resolver problemas de modelagem em sistemas orientados a objetos. Veja como os Padrões de Projetos são aplicados em muitos lugares do próprio Java.

O instrutor comentará do Template Method e mostrará o código fonte do método read() da classe java.io.InputStream:

   public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {
       if (b == null) {
          throw new NullPointerException();
       } else if (off < 0 || len < 0 || len > b.length - off) {
          throw new IndexOutOfBoundsException();
       } else if (len == 0) {
          return 0;
       }

       int c = read();
       if (c == -1) {
          return -1;
       }

       b[off] = (byte) c;

       int i = 1;
       try {
          for (; i < len ; i++) {
             c = read();
             if (c == -1) {
                break;
             }
             b[off + i] = (byte)c;
          }
       } catch (IOException ee) {
       }
       return i;
    }

Discuta, em aula, como esse método aplica conceitos importantes da orientação a objetos e promove flexibilidade e extensibilidade.

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