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Java I/O 流详解：字符流与字节流的完整指南

news 2025/11/10 8:27:28

一、流(Stream)的基本概念

在Java编程中，流是处理输入输出的核心概念。简单来说，流就像一条"数据管道"，数据通过这条管道从源头流向目的地。根据处理数据类型的不同，Java将流分为两大类：

字符流 vs 字节流

字符流：专门用于处理文本数据。这类数据是人类可读的，比如文章、Java源文件、配置文件等。字符流能够正确处理字符编码，确保文本数据的准确读写。
字节流：用于处理二进制数据。这类数据用文本编辑器打开通常无法理解，比如图片文件、MP3音频、视频文件、压缩包等。

二、字符流(Character Streams)

字符流专门为处理文本数据而设计，支持字符编码转换，能够高效地读写文本文件。

2.1 字符输入流(Reader)

字符输入流用于从数据源（如文件、字符串等）读取字符数据。Reader 是所有字符输入流的抽象基类。
主要实现类：
  • FileReader - 用于从文件中读取字符数据
  • InputStreamReader - 将字节流转换为字符流，可以指定字符编码
  • BufferedReader - 提供缓冲功能，提高读取效率，支持按行读取
代码示例：三种字符输入流的使用
import java.io.*;public class CharacterInputExample {public static void main(String[] args) {String filePath = "D:\\IdeaProjects\\JavaTest\\src\\com\\qcby\\a.txt";// 1. 使用 FileReader 读取文件（逐个字符读取）System.out.println("=== FileReader 示例 ===");try (FileReader reader = new FileReader(filePath)) {int data;while ((data = reader.read()) != -1) {System.out.print((char) data);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 2. 使用 InputStreamReader 读取文件（可指定编码）System.out.println("\n=== InputStreamReader 示例 ===");try (InputStreamReader reader = new InputStreamReader(new FileInputStream(filePath), "UTF-8")) {int data;while ((data = reader.read()) != -1) {System.out.print((char) data);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 3. 使用 BufferedReader 按行读取文件（高效方式）System.out.println("\n=== BufferedReader 示例 ===");try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(filePath))) {String line;while ((line = br.readLine()) != null) {System.out.println(line);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

2.2 字符输出流(Writer)

字符输出流用于将字符数据写入目标（如文件、控制台等）。Writer 是所有字符输出流的抽象基类。
主要实现类：
  • FileWriter - 用于将字符数据写入文件
  • OutputStreamWriter - 将字符流转换为字节流，可以指定字符编码
  • BufferedWriter - 提供缓冲功能，提高写入效率，支持按行写入
  • PrintWriter - 提供格式化的输出功能
代码示例：三种字符输出流的使用
import java.io.*;public class CharacterOutputExample {public static void main(String[] args) {// 1. 使用 FileWriter 写入文件System.out.println("=== FileWriter 示例 ===");try (FileWriter writer = new FileWriter("output1.txt")) {writer.write("Hello, World!");writer.write("\nThis is a new line.");// 注意：使用try-with-resources不需要手动close} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 2. 使用 OutputStreamWriter 写入文件System.out.println("=== OutputStreamWriter 示例 ===");try (OutputStreamWriter writer = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("output2.txt"), "UTF-8")) {writer.write("Hello, World!");writer.write("\nThis is a new line.");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 3. 使用 BufferedWriter 按行写入文件System.out.println("=== BufferedWriter 示例 ===");try (BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("output3.txt"))) {bw.write("Hello, World!");bw.newLine(); // 专门的换行方法bw.write("This is a new line.");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

2.3 Writer的五种写入方法详解

Writer类提供了多种写入方法，满足不同的写入需求：

import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.Writer;public class WriterMethodsExample {public static void main(String[] args) {try (Writer writer = new FileWriter("output.txt")) {// 1. write(int c) - 写入单个字符writer.write('H'); // 写入字符 'H'// 2. write(char[] cbuf) - 写入整个字符数组char[] array = {'e', 'l', 'l', 'o'};writer.write(array); // 写入 "ello"// 3. write(char[] cbuf, int off, int len) - 写入字符数组的一部分writer.write(array, 1, 2); // 从索引1开始，写入2个字符："ll"// 4. write(String str) - 写入整个字符串writer.write(", World!"); // 写入 ", World!"// 5. write(String str, int off, int len) - 写入字符串的一部分String str = "\nThis is Java IO.";writer.write(str, 0, 11); // 从索引0开始，写入11个字符："This is Java"System.out.println("所有数据已成功写入文件！");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

三、字节流(Byte Streams)

字节流用于处理二进制数据，如图片、音频、视频等文件。字节流直接操作原始字节，不进行字符编码转换。

3.1 字节输入流(InputStream)

InputStream 是所有字节输入流的抽象基类，定义了读取字节数据的基本方法。
核心方法：
  • int read() - 读取单个字节，返回0-255，流末尾返回-1
  • int read(byte[] b) - 读取字节到数组，返回实际读取字节数
  • int read(byte[] b, int off, int len) - 读取指定长度的字节到数组
  • void close() - 关闭流并释放资源
FileInputStream 示例：
import java.io.*;/*** 字节输入流 FileInputStream 使用示例*/
public class FileInputStreamExample {public static void main(String[] args) {FileInputStream fis = null;try {// 1. 创建文件对象File file = new File("D:\\IO\\hello.txt");// 2. 创建输入流对象fis = new FileInputStream(file);// 3. 创建字节数组作为数据容器byte[] buffer = new byte[5];int len; // 记录每次读取的字节个数// 4. 循环读取文件内容while ((len = fis.read(buffer)) != -1) {// 将字节数组转换为字符串输出String str = new String(buffer, 0, len);System.out.print(str);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {// 5. 释放资源if (fis != null) {try {fis.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}}
}

3.2 字节输出流(OutputStream)

OutputStream 是所有字节输出流的父类，定义了字节输出的基本操作。
核心方法：
  • void write(byte b) - 写入单个字节
  • void write(byte[] b) - 写入整个字节数组
  • void write(byte[] b, int off, int len) - 写入字节数组的一部分
  • void close() - 关闭输出流
FileOutputStream 示例：
import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;/*** 字节输出流 FileOutputStream 使用示例*/
public class FileOutputStreamExample {public static void main(String[] args) {FileOutputStream fos = null;try {// 1. 创建文件对象File file = new File("D:\\IO\\hello.txt");// 2. 创建输出流对象fos = new FileOutputStream(file);// 3. 各种写入操作fos.write(97); // 写入字节 97（对应字符 'a'）// 写入字符串（需要转换为字节）fos.write("中国人!\r\n".getBytes());// 写入字节数组的一部分fos.write("ABCDEFGH".getBytes(), 2, 4); // 从索引2开始写入4个字节："CDEF"System.out.println("数据写入完成！");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {// 4. 释放资源if (fos != null) {try {fos.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}}
}

四、其他重要的流类

4.1 缓冲流(Buffered Streams)

缓冲流通过内置缓冲区显著提高I/O性能：
  • BufferedInputStream - 缓冲字节输入流
  • BufferedOutputStream - 缓冲字节输出流
  • BufferedReader - 缓冲字符输入流
  • BufferedWriter - 缓冲字符输出流

4.2 对象流(Object Streams)

用于对象的序列化和反序列化：
  • ObjectInputStream - 对象输入流
  • ObjectOutputStream - 对象输出流

4.3 转换流(Conversion Streams)

实现字节流与字符流之间的转换：
  • InputStreamReader - 字节流到字符流的桥梁
  • OutputStreamWriter - 字符流到字节流的桥梁

4.4 压缩流(Compression Streams)

处理压缩文件：
  • ZipInputStream - ZIP解压输入流
  • ZipOutputStream - ZIP压缩输出流

4.5 打印流(Print Streams)

提供格式化的输出：
  • PrintWriter - 字符打印流
  • PrintStream - 字节打印流（System.out就是PrintStream）

五、最佳实践和注意事项

5.1 使用try-with-resources

Java 7+推荐使用try-with-resources自动管理资源： 
// 推荐方式 - 自动关闭资源
try (FileInputStream fis = new FileInputStream("file.txt");FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt")) {// 使用流进行操作
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}

5.2 选择合适的缓冲区大小

// 根据文件大小选择合适的缓冲区
byte[] buffer = new byte[8192]; // 8KB缓冲区
int bytesRead;
while ((bytesRead = fis.read(buffer)) != -1) {fos.write(buffer, 0, bytesRead);
}

5.3 字符编码的重要性

始终明确指定字符编码：

// 明确指定UTF-8编码
try (InputStreamReader reader = new InputStreamReader(new FileInputStream("file.txt"), StandardCharsets.UTF_8)) {// 读取操作
}

六、总结

Java I/O流提供了强大而灵活的数据处理能力：
  1. 字符流适合处理文本数据，支持字符编码
  2. 字节流适合处理二进制数据，保持数据原始格式
  3. 缓冲流显著提高I/O性能
  4. 正确的资源管理防止内存泄漏
  5. 明确的字符编码避免乱码问题
掌握这些流类的特性和使用场景，能够帮助开发者编写出高效、健壮的Java应用程序。在实际开发中，根据具体需求选择合适的流类，并遵循最佳实践，可以大大提高代码的质量和性能。

http://www.dtcms.com/a/589267.html

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