【Java】IO流

Java IO流是Java中处理输入输出的核心机制，通过不同的流类型实现了对数据的高效读写。

一、IO流的分类

1. 按数据方向

• 输入流（Input Stream）：从数据源（如文件、网络等）读取数据。
• 输出流（Output Stream）：向目标（如文件、网络等）写入数据。

2. 按数据类型

• 字节流（Byte Streams）：以字节（8位）为单位操作，处理所有二进制数据（如图片、音频、视频等）。
  • 基类：InputStream 和 OutputStream。
• 字符流（Character Streams）：以字符（16位Unicode）为单位操作，专门处理文本数据。
  • 基类：Reader 和 Writer。

3. 按功能

• 节点流（Node Streams）：直接操作数据源（如文件流）。
• 处理流（Processing Streams）：对现有流进行包装，增强功能（如缓冲、转换格式）。

二、核心类与常用流

1. 字节流

• InputStream（输入流）
  • FileInputStream：从文件读取字节。
  • ByteArrayInputStream：从字节数组读取。
  • BufferedInputStream：提供缓冲功能，减少IO次数。
  • DataInputStream：读取Java基本数据类型（如int、double）。
  • ObjectInputStream：反序列化对象（需实现Serializable接口）。
• OutputStream（输出流）
  • FileOutputStream：向文件写入字节。
  • ByteArrayOutputStream：写入字节数组。
  • BufferedOutputStream：缓冲输出流。
  • DataOutputStream：写入Java基本数据类型。
  • ObjectOutputStream：序列化对象。

2. 字符流

• Reader（字符输入流）
  • FileReader：读取文本文件。
  • BufferedReader：提供缓冲功能，支持readLine()逐行读取。
  • InputStreamReader：将字节流转换为字符流（可指定编码）。
• Writer（字符输出流）
  • FileWriter：写入文本文件。
  • BufferedWriter：缓冲输出流。
  • OutputStreamWriter：将字符流转换为字节流（可指定编码）。

3. 转换流

• InputStreamReader 和 OutputStreamWriter：用于字节流与字符流的转换，支持字符编码（如UTF-8、GBK）。

三、示例代码

1. 文件读写

• 字节流示例（复制文件）：

  try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.jpg");
       FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.jpg")) {
      byte[] buffer = new byte[1024];
      int bytesRead;
      while ((bytesRead = fis.read(buffer)) != -1) {
          fos.write(buffer, 0, bytesRead);
      }
  }
  

• 字符流示例（逐行读取文本）：

  try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("file.txt"))) {
      String line;
      while ((line = br.readLine()) != null) {
          System.out.println(line);
      }
  }
  

2. 对象序列化

// 序列化
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("data.obj"))) {
    oos.writeObject(new Person("Alice", 30));
}

// 反序列化
try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("data.obj"))) {
    Person p = (Person) ois.readObject();
}

3. 缓冲流提升性能

// 使用缓冲流复制文件（效率更高）
try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("input.txt"));
     BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("output.txt"))) {
    int data;
    while ((data = bis.read()) != -1) {
        bos.write(data);
    }
}

四、IO流的使用场景

IO流主要用于处理输入和输出操作，适用于以下场景：

• 文件读写：通过IO流可以读取和写入文件中的数据，如读取配置文件、写入日志等。
• 网络通信：通过IO流可以进行网络数据的传输和接收，如Socket通信、HTTP请求等。
• 数据库操作：通过IO流可以将数据读取到内存中，或将内存中的数据写入到数据库中。
• 文本处理：通过IO流可以读取和写入文本文件，进行文本处理和操作。

五、高级特性

• NIO（New I/O）
  • Java 1.4引入的java.nio包，提供非阻塞IO、通道（Channel）、缓冲区（Buffer）等机制，适合高并发场景。
  • 核心类：ByteBuffer, FileChannel, Selector。
• 自动资源管理（try-with-resources）
  • Java 7+支持自动关闭实现了AutoCloseable接口的资源：

    try (Resource1 r1 = new Resource1(); Resource2 r2 = new Resource2()) {
        // 使用资源
    } // 自动调用close()
    

六、常见问题

• 字节流 vs 字符流
  • 字节流处理二进制数据，字符流处理文本（自动处理编码）。
  • 文本文件建议用字符流，避免编码问题。
• 选择缓冲流
  • 频繁读写时，缓冲流通过减少IO次数提升性能。
• 字符编码问题
  • 使用InputStreamReader/OutputStreamWriter时需指定编码（如UTF-8）。

七、总结

Java IO流通过分层设计（节点流+处理流）和装饰器模式，灵活支持多种数据操作场景。掌握字节流、字符流及缓冲机制是高效处理IO的关键，同时注意资源释放和编码问题。对于高性能需求，可进一步学习NIO框架。