Java BufferedReader와 BufferedWriter 사용법과 기본원리(I/O)

백준 알고리즘 문제를 풀면서 빠른 입출력을 위해 BufferedReader와 BufferedWriter를 사용한다는 사실을 알게 되었다. 프로그래머스에서 문제를 풀 때에는 직접 입출력을 작성할 필요가 없기 때문에 기존에 알던 Scanner와 System.out.print()를 사용했는데, 백준 문제를 풀 때 BufferedReader와 BufferedWriter를 자주 사용하게 될 것 같아 이번 기회에 정리를 해보려 한다. 

자바에서의 입출력(I/O)

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I/O란 Input과 Output의 약자로 입력과 출력, 즉 입출력을 말한다. 입출력이란, 컴퓨터 내부 또는 외부의 장치와 프로그램간의 데이터를 주고받는 것으로 키보드로부터 데이터를 입력받고, 화면에 출력하는 것이 가장 기본적인 입출력의 예라고 할 수 있다. 

 

스트림(Stream)

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자바에서 입출력을 수행하기 위해서는 두 대상을 연결하고 데이터를 전송할 수 있는 '스트림(Stream)'이 필요하다. 

스트림이란 데이터를 운반하는데 사용되는 연결통로

 

스트림은 단방향 통신만 가능하기 때문에 하나의 스트림으로 입력과 출력을 동시에 처리할 수 없다. 따라서 입력과 출력을 동시에 처리하려면 입력을 위한 입력 스트림(Input Stream), 출력을 위한 출력 스트림(Output Stream) 2개의 스트림이 필요하다. 

 

스트림은 먼제 보낸 데이터를 건너뜀 없이 먼저 받는 '큐(queue)'와 같은 'FIFO' 구조로 되어 있다고 생각하면 이해하기가 쉽다. 

 

바이트 기반 스트림 - InputStream, OutputStream

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스트림은 바이트단위로 데이터를 전송하며 입출력하는 대상에 따라 아래와 같은 종류가 있다. 이러한 스트림은 모두 InputStream과 OutputStream의 자손들로 각각 읽고 쓰는데 필요한 추상메서드를 자신에 맞게 구현해 놓았다.

 

입력스트림	출력스트림	입출력 대상
FileInputStream	FileOutputStream	파일
ByteArrayInputStream	ByteArrayOutputStream	메모리(byte배열)
PipedInputStream	PipedOutputStream	프로세스(프로세스 간의 통신)
AudioInputStream	AudioOutputStream	오디오 장치

 

 

위의 스트림 외에도 스트림의 기능을 보완하기 위한 보조스트림이 제공된다. 

보조 스트림은 실제 데이터를 주고받는 스트림이 아니기 때문에 데이터를 입출력할 수 있는 기능은 없지만, 스트림의 기능을 향상시키거나 새로운 기능을 추가할 수 있다. 따라서 보조스트림만으로는 입출력을 처리할 수 없고, 스트림을 먼저 생성한 다음 이를 이용해 보조스트림을 생성해야 한다. 

 

입력	출력	설명
FilterInputStream	FilterOutputStream	필터를 이용한 입출력 처리
BufferedInputStream	BufferedOutputStream	버퍼를 이용한 입출력 성능 향상
DataInputStream	DataOutputStream	int, float와 같은 기본형 단위로 데이터를 처리하는 기능
SequencedIntputStream	없음	두 개의 스트림을 하나로 연결
LineNumberInputStream	없음	읽어 온 데이터의 라인 번호를 카운트 (JDK1.1부터 LineNumberReader로 대체)
ObjectInputStream	ObjectOutputStream	데이털르 객체 단위로 읽고 쓰는데 사용. 주로 파일을 이용하며 객체 직렬화와 관련 있음
없음	PrintStream	버퍼를 이용하며, 추가적인 print 관련 기능(print, printf, println)
PushbackInputStream	없음	버퍼를 이용해서 읽어 온 데이터를 다시 되돌리는 기능

 

문자 기반 스트림 - Reader, Writer

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Java에서는 한 문자를 의미하는 char형이 단위는 2byte이다. 따라서 바이트 기반의 스트림으로 2byte인 문자를 처리하는데 어려움이 있다. 이를 보완하기 위한 것이 바로 문자 기반의 스트림이다. 문자데이터를 입출력할 때에는 바이트기반 스트림대신 문자 기반 스트림을 사용한다. 

 

바이트기반 스트림	문자기반 스트림
FileInputStream FileOutputStream	FileReader FileWriter
ByteArrayInputStream ByteArrayOutputStream	CharArrayReader CharArrayWriter
PipedInputStream PipedOutputStream	PipedReader PipedWriter
StringBufferedInputStream(지금은 X) StringBufferedOutputStream (지금은 X)	StringReader StringWriter

 

 

문자 기반 보조 스트림역시 아래와 같이 존재한다. 

 

바이트기반 보조스트림	문자기반 보조스트림
BufferedInputStream BufferedOutputStream	BufferdReader BufferedWriter
FilterInputStream FilterOutputStream	FilterReader FilterWriter
LineNumberInputStream	LineNumberReader
PrintStream	PrintWriter
PushbackInputStream	PushbackReader

 

BufferedReader, BufferedWriter

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문자 기반의 보조 스트림으로 버퍼를 이용해 입출력의 효율을 높일 수 있도록 해주는 역할을 한다. 

한 바이트씩 입출력하는 것 보다는 버퍼(바이트 배열)를 이용해서 한 번에 여러 바이트를 입출력하는 것이 빠르기 때문에 이를 사용하는 것이 좋다. 

 

버퍼(Buffer) 
임시 저장 공간
모든 데이터를 잠시 저장해놓고 버퍼가 꽉 차거나, 특정 커맨드를 입력받았을 때 일괄적으로 내보내고, 버퍼를 초기화 시킴 (버퍼는 디폴트로 8192개의 문자를 저장)

 

 

출처 : https://terianp.tistory.com/19

 

 

BufferedReader를 활용한 입력과 출력 예시이다. 

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;

public class BufferedReaderEx {

	public static void main(String[] args) {
		String line = "";
		
		try {
			BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
			BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(System.out));
			
			do {
				bw.write("문장을 입력하세요. 마치시려면 q를 입력하세요.>");
				bw.flush();
				line = br.readLine();

				bw.write("입력하신 문장 : " + line);
				bw.newLine();
				bw.flush();
			}while(!line.equalsIgnoreCase("q"));
			br.close();
			bw.write("프로그램을 종료합니다. ");
			bw.flush();
			
		}catch(IOException e) {}
	}
}

 

사용시 주의사항

• try ~ catch 혹은 thows를 활용하여 IOException에 대한 예외처리를 해줘야 한다. 
• InputStreamReader, OutputStreamWriter를 사용해 바이트기반 스트림을 문자기반 스트림으로 연결하고, 바이트기반 스트림의 데이터를 지정된 인코딩의 문자데이터로 변환하는 작업을 수행한다. 

Q. BufferedReader와 BufferedWriter는 문자기반의 보조 스트림인데 어떻게 스트림을 생성하지 않고도 보조스트림을 생성할 수 있는가?

표준 입출력 - System.in, System.out

표준 입출력은 콘솔을 통한 데이터 입력과 콘솔로의 데이터 출력을 의미한다. 자바에서는 표준 입출력(standard I/O)을 3가지 입출력 스트림(System.in, System.out, System.err)로 제공하는데, 이들은 자바 어플리케이션 실행과 동시에 사용할 수 있게 자동적으로 생성되기 때문에 별도로 스트림을 생성하는 코드를 작성하지 않고도 사용이 가능하다. 

→ 즉, System.in은 표준 InputStream, System.out은 표준 OutputStream ▶ System.in과 System.out을 통해 스트림을 생성했음!

 

Q. InputStreamReader와 OutputStreamReader를 사용하는 이유는?

InputStream의 특징 
1. 입력받은 데이터는 int형으로 저장되는데 이는 10진수의 UTF-16 값으로 저장된다. 
2. 1byte만 읽는다. 

 

InputStream은 우리가 InputStream.read()를 통해 입력을 받으려고 해도 1byte만 인식하기 때문에 한글은 제대로 읽지 못한다. 이 문자를 온전하게 읽어들이기 위해 확장한 것이 'InputStreamReader'이다. 

InputStreamReader는 바이트 단위로 읽어들이는 형식을 문자 단위(character)로 데이터로 변환시키는 중개자 역할을 한다. 

 

결론

BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

 

System.in은 바이트 스트림인 InputStream 타입이고 인코딩을 위해 InputStreamReader로 감싸주면서 바이트 단위 데이터를 문자 단위로 처리할 수 있도록 한다. 또한, BufferReader를 통해 입력 받은 문자(char)를 쌓아둔 뒤 한번에 문자열(String) 단위로 보내는 것이라고 할 수 있다. 

BufferedReader와 BufferedWriter 단점

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1. 띄어쓰기(스페이스)와 개행(엔터)를 경계로 입력 값을 인식하는 Scanner와 달리 BufferedReader는 엔터만 경계로 인식하기 때문에 중간에 띄어쓰기로 구분이 필요한 경우 데이터를 가공해줘야 한다. 

2. Buffer로 입력받는 기본 타입은 String이므로 int로 출력할 경우 형변환을 해주어야 한다. 

BufferedReader와 BufferedWriter 클래스의 메인 메소드

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BufferedReader

(void) close() : 입력 스트림을 닫음

(void) mark() : 스트림의 현재 위치를 마킹함

(boolean) markSupported() : 스트림이 mark 기능을 지원하는지 true/false로 알려줌

(int) read() : 한 글자만 읽어 정수형으로 반환

(String) readLine(): 한 줄을 읽어 String으로 변환

(boolean) ready() : 입력스트림이 사용할 준비가 되었는지 확인

(void) reset() : 마킹이 있으면 그 위치부터 다시 시작, 그렇지 않으면 처음부터 다시 시작

(long) skip(long n) : n개의 문자를 건너뜀

 

BufferedWriter

(void) close() : 출력 스트림을 닫음. 닫기 전에 flush() 필수

(void) flush() : 버퍼에 남은 값 출력 && 스트림 비우기

(void) newLine(): 개행0

(void) write(char[] cbuf, int offset, int length) : 버퍼 offset위치부터 length크기만큼 write 쓰기

(void) write(int c) : 한 글자 쓰기

(void) write(String s, int offset, int length) : 문자열에서 offset부터 일정 길이만큼 쓰기

 

 

코딩시 사용하는 write메소드는 Writer로부터 받아온 메소드

 

Q. write(int c)를 사용하여 정수를 입력했으나 오류가 발생하는 이유

출처 : https://www.acmicpc.net/board/view/85404

 

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이렇게 오늘은 BufferedWriter와 BufferedReader에 대해 알아보았다. 공부하기 전까지는 그냥 사용방법만 보고 쓰느라 언제 flush()를 써야하는지, 왜 이런 구조가 되는지 전혀 몰랐었는데 공부를 하고 나니 어떻게 써야할 지 감이 잡혔다. 여러 블로그들을 보면서 자바의 인코딩 방식과 같은 부분은 제대로 이해하지 못했지만 계속 공부를 하다 다시 보게되면 이해가 되지 않을까 생각한다. 

 

참고문헌

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• 자바의 정석 (남궁성)

Java 입출력(I/O), 스트림(Stream), 버퍼(Buffer) 개념 및 사용법

 

JAVA [자바] - 입력 뜯어보기 [Scanner, InputStream, BufferedReader]

 

JAVA - BufferedReader / BufferedWriter (입출력 함수)