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Java IO精讲：从传统IO到NIO的深度探索

news 来源：原创 2025/5/26 12:28:32

一、Java IO概述

Java IO（Input/Output） 是Java处理输入输出的核心API，涵盖文件操作、网络通信等场景。其发展分为三个阶段：

传统IO (java.io)：基于流模型，阻塞式处理
NIO (java.nio)：New IO，支持非阻塞和缓冲通道
NIO2 (Java7+)：增强异步文件操作

二、核心类与设计模式

1. 四大基类

类类型	字节流	字符流
输入流	InputStream	Reader
输出流	OutputStream	Writer

2. 装饰器模式应用

通过组合增强流的功能：

// 示例：缓冲流加速读取
try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("test.txt"))) {
    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) {
        System.out.println(line);
    }
}

三、字节流 vs 字符流

对比项	字节流	字符流
处理单位	1字节 (8bit)	Unicode字符 (2字节)
典型场景	图片、视频等二进制文件	文本文件
编码处理	不自动处理编码	自动处理字符编码转换

字符流正确用法示例：

// 明确指定字符编码
try (InputStreamReader isr = new InputStreamReader(
    new FileInputStream("file.txt"), StandardCharsets.UTF_8)) {
    // 读取操作
}

四、文件操作大全

1. 传统文件操作

// 创建文件对象
File file = new File("data.txt");

// 判断文件属性
if (file.exists() && file.isFile()) {
    System.out.println("文件大小: " + file.length() + " bytes");
}

2. NIO2新特性（Java7+）

Path path = Paths.get("data.txt");

// 一次性读取所有行
List<String> lines = Files.readAllLines(path, StandardCharsets.UTF_8);

// 遍历目录
try (DirectoryStream<Path> stream = Files.newDirectoryStream(Paths.get("."))) {
    stream.forEach(System.out::println);
}

五、NIO核心三剑客

1. Buffer缓冲区

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

// 写模式
buffer.put("Hello".getBytes());

// 切换读模式
buffer.flip();
while (buffer.hasRemaining()) {
    System.out.print((char) buffer.get());
}

2. Channel通道

try (FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get("data.txt"), 
    StandardOpenOption.READ)) {
    
    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
    while (channel.read(buf) > 0) {
        buf.flip();
        // 处理数据
        buf.clear();
    }
}

3. Selector多路复用

Selector selector = Selector.open();
SocketChannel channel = SocketChannel.open();
channel.configureBlocking(false);
channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

while (true) {
    int readyChannels = selector.select();
    if (readyChannels == 0) continue;
    
    Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
    // 处理IO事件
}

六、性能优化实践

缓冲流选择：BufferedInputStream提升读取效率
内存映射文件：处理大文件时使用MappedByteBuffer
通道传输：FileChannel.transferTo()实现零拷贝

七、常见问题解答

Q：什么时候用NIO？

需要处理成千上万连接时（如聊天服务器）
要求低延迟和高吞吐量的场景
需要非阻塞IO操作时

Q：序列化注意事项

class User implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L; // 显式声明版本号
    private transient String password; // 敏感字段不序列化
}