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Java文件与IO流完全指南

news 2025/11/11 14:01:07

🎯 适合人群：Java小白到进阶开发者
🧭 学习目标：读懂并正确使用 File、InputStream/OutputStream、Reader/Writer、缓冲流、编码与性能优化
⏱️ 阅读时长：约30-40分钟

🗺️ 导读：为什么要学 IO 流？

程序要与“外部世界”交互——读写文件、网络传输、控制台输入输出，本质都是“数据流”。
Java 提供了两大类 IO：
- 字节流：InputStream / OutputStream（处理二进制：图片、音频、视频、任意文件）
- 字符流：Reader / Writer（处理文本：txt、md、json、java 源码等）
记忆口诀：
- “看得懂的是字符流（文本），看不懂的是字节流（二进制）”。
- “文本优先用字符流，其他都用字节流，拿不准选字节流”。

🧱 基石：File 类（文件与目录）

java.io.File 不是“文件内容”，而是“文件或目录的路径抽象”。常见用法：

import java.io.File;public class FileBasicsDemo {public static void main(String[] args) {// 1) 路径与构造File file = new File("D:/IO/hello.txt"); // 建议使用 / 或者使用 Paths 构建File dir  = new File("D:/IO/sub");// 2) 基本信息System.out.println(file.getAbsolutePath());System.out.println(file.getName());System.out.println(file.exists());System.out.println(file.isFile());System.out.println(file.isDirectory());// 3) 创建目录/文件if (!dir.exists()) {boolean ok = dir.mkdirs(); // 递归创建目录System.out.println("mkdirs: " + ok);}// 创建新文件（若父目录不存在会失败）try {if (!file.exists()) {boolean created = file.createNewFile();System.out.println("createNewFile: " + created);}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}// 4) 遍历目录File root = new File("D:/IO");File[] children = root.listFiles();if (children != null) {for (File f : children) {System.out.println((f.isDirectory() ? "[DIR] " : "[FILE]") + f.getName());}}}
}

提示：在 Windows 上用 "D:/path/file.txt" 更稳妥，避免 \\ 转义麻烦。生产代码推荐 java.nio.file.Paths 与 Files（NIO.2），本文以 IO 基础为主。

🧩 两大体系的核心区别

字节流（8-bit）：InputStream / OutputStream，按“字节”处理，适合任何数据；
字符流（16-bit）：Reader / Writer，按“字符”处理，关注“编码”，适合文本；
关系：字符流往往是“基于字节流 + 编码解码器（InputStreamReader / OutputStreamWriter）”。

✍️ 字符流（Reader/Writer）：处理文本最顺手

1）字符输入：Reader 家族

Reader：抽象基类
常见实现：
- FileReader：快捷读取文件文本（使用平台默认编码，不建议在生产环境依赖默认编码）
- InputStreamReader：桥接器，将字节流解码为字符流，可指定编码（推荐）
- BufferedReader：带缓冲、支持 readLine()，高效读取

修正与提升后的综合示例（包含三种读取方式，改为 try-with-resources、指定编码、健壮性更好）：

import java.io.*;
import java.nio.charset.StandardCharsets;public class ReaderDemo {public static void main(String[] args) {String path = "D:/IdeaProjects/JavaTest/src/com/qcby/a.txt";// 1) FileReader：简单，但依赖平台默认编码（不推荐在生产使用）try (FileReader reader = new FileReader(path)) {int ch;while ((ch = reader.read()) != -1) {System.out.print((char) ch);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 2) InputStreamReader：可指定编码（推荐）try (InputStreamReader reader = new InputStreamReader(new FileInputStream(path), StandardCharsets.UTF_8)) {int ch;while ((ch = reader.read()) != -1) {System.out.print((char) ch);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 3) BufferedReader：高效且支持按行读取try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(path))) {String line;while ((line = br.readLine()) != null) {System.out.println(line);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

说明：FileReader 与 FileWriter 在编码未知或跨平台时不够稳妥，实际开发更推荐 InputStreamReader/OutputStreamWriter 并显式指定编码。

2）字符输出：Writer 家族

Writer：抽象基类
常见实现：
- FileWriter：快捷写文本（默认编码，不建议长期依赖）
- OutputStreamWriter：桥接器，将字符流编码为字节流，可指定编码（推荐）
- BufferedWriter：带缓冲、newLine() 友好换行

综合示例（修正：使用 try-with-resources，必要时 flush/close，路径与编码更明确）：

import java.io.*;
import java.nio.charset.StandardCharsets;public class WriterDemo {public static void main(String[] args) {String outPath = "D:/IO/output.txt";// 1) FileWriter：简单写文本try (FileWriter writer = new FileWriter(outPath)) { // 默认编码writer.write("Hello, World!\n");writer.write("This is a new line.\n");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 2) OutputStreamWriter：指定编码（推荐）try (OutputStreamWriter writer = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(outPath, true), StandardCharsets.UTF_8)) { // 追加写writer.write("追加一行，使用UTF-8编码。\n");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 3) BufferedWriter：高效按行写try (BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter(outPath, true))) {bw.write("Hello, World!");bw.newLine();bw.write("This is a new line.");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

3）Writer 的五种 `write` 方法（快速对照）

write(int c)：写入单个字符（低 16 位有效）
write(char[] cbuf)：写入字符数组
write(char[] cbuf, int off, int len)：写入字符数组的一部分
write(String str)：写入字符串
write(String str, int off, int len)：写入字符串的一部分

示例（修正笔记，补全导入与路径）：

import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.Writer;public class WriterExample {public static void main(String[] args) {String out = "D:/IO/writer-demo.txt";try (Writer writer = new FileWriter(out)) {// 1. 写入单个字符writer.write('H');// 2. 写入字符数组char[] array = {'e', 'l', 'l', 'o'};writer.write(array);// 3. 写入字符数组的一部分（写入 "ll"）writer.write(array, 2, 2);// 4. 写入字符串writer.write(", World!");// 5. 写入字符串的一部分（写入 "This is Java"）String str = "\nThis is Java IO.";writer.write(str, 1, 12);System.out.println("数据已写入文件！");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

📦 字节流（InputStream/OutputStream）：万能读写器

1）字节输入：InputStream 家族

核心方法：
- int read()：读 1 字节（0-255），EOF 返回 -1
- int read(byte[] b)：批量读取到数组，返回本次读取长度或 -1
- int read(byte[] b, int off, int len)：从 off 开始最多读 len 个字节
- void close()：关闭流并释放资源
常见实现：FileInputStream、BufferedInputStream、ByteArrayInputStream 等

基于笔记修正后的示例：

import java.io.*;
import java.nio.charset.StandardCharsets;public class FileInputStreamTest {public static void main(String[] args) {File file = new File("D:/IO/hello.txt");// 建议：优先使用 try-with-resources，避免手动 finally 关闭try (FileInputStream fis = new FileInputStream(file)) {byte[] buffer = new byte[1024];int len;while ((len = fis.read(buffer)) != -1) {// 如果是文本，可按编码构造字符串；若是二进制，直接处理字节String chunk = new String(buffer, 0, len, StandardCharsets.UTF_8);System.out.print(chunk);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

注意：如果文件不是 UTF-8 文本，上面把字节解码为字符串可能出现乱码。处理图片/音频/视频等二进制文件时，不要把字节强行转成字符串。

2）字节输出：OutputStream 家族

核心方法：
- void write(int b)：写 1 个字节（低 8 位有效）
- void write(byte[] b)：写入整个字节数组
- void write(byte[] b, int off, int len)：写入数组的一部分
- void flush()：刷新缓冲区（有缓冲的输出流/Writer）
- void close()：关闭流并释放资源
常见实现：FileOutputStream、BufferedOutputStream、ByteArrayOutputStream 等

增强示例（追加写入、换行、片段写入）：

import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;public class FileOutputStreamTest {public static void main(String[] args) {File file = new File("D:/IO/hello.txt");// true 表示追加写try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file, true)) {fos.write(97); // 写入单字节 'a'fos.write("\r\n".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));fos.write("中国人!\r\n".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));fos.write("ABCDEFGH".getBytes(StandardCharsets.UTF_8), 2, 4); // 输出 CDEF} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

Windows 的换行是 \r\n，Linux/Unix 是 \n。跨平台建议使用 System.lineSeparator() 或 BufferedWriter.newLine()。

🚀 性能与最佳实践

使用缓冲：BufferedInputStream / BufferedOutputStream / BufferedReader / BufferedWriter
大块读写：优先 byte[] / char[] 缓冲区读写，减少系统调用
明确编码：文本读写显式指定 Charset（如 StandardCharsets.UTF_8）
及时关闭：使用 try-with-resources 自动关闭（JDK 7+）
追加写入：输出构造器带 append = true，如 new FileOutputStream(path, true)
避免小而频繁的 read()/write()：合并为批量操作

示例：拷贝任意文件（字节流 + 缓冲 + 大块读写）

import java.io.*;public class FileCopy {public static void copyFile(String src, String dest) throws IOException {try (BufferedInputStream in = new BufferedInputStream(new FileInputStream(src));BufferedOutputStream out = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(dest))) {byte[] buf = new byte[8192];int len;while ((len = in.read(buf)) != -1) {out.write(buf, 0, len);}}}public static void main(String[] args) throws IOException {copyFile("D:/IO/source.bin", "D:/IO/target.bin");}
}

🧠 字符编码与常见坑

FileReader/FileWriter 使用“平台默认编码”，在不同机器/IDE/系统下可能不同，易乱码。
推荐始终显式使用编码：
- 读：new InputStreamReader(new FileInputStream(path), StandardCharsets.UTF_8)
- 写：new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(path), StandardCharsets.UTF_8)
文本文件中若包含表情/罕见字符，优先 UTF-8（覆盖更全）。

🧭 什么时候用字节流？什么时候用字符流？

“只要涉及文本内容且你需要‘字符’语义（如按行、按字符处理），用字符流”。
“不确定是不是文本、或需要按原始字节处理（如复制图片/压缩包/视频），用字节流”。
“需要指定编码（文本跨平台），用 InputStreamReader/OutputStreamWriter 代替 FileReader/FileWriter”。

🧰 实战：综合示例（读取一个 UTF-8 文本，转换后写入新文件）

import java.io.*;
import java.nio.charset.StandardCharsets;public class TextTransformDemo {public static void main(String[] args) {String src = "D:/IO/input-utf8.txt";String dest = "D:/IO/output-utf8.txt";try (BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(src), StandardCharsets.UTF_8));BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(dest), StandardCharsets.UTF_8))) {String line;int lineNo = 1;while ((line = br.readLine()) != null) {// 简单转换：在每行前加上行号bw.write(String.format("%04d: %s", lineNo++, line));bw.newLine();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

🧩 进阶一瞥：NIO 与 Files（了解即可）

java.nio.file.Files/Paths 提供更现代的 API：
- Files.readAllLines(path, charset) 读所有行
- Files.write(path, bytes, options...) 写入字节
- Files.copy/Files.move/Files.delete 文件操作
FileChannel、MappedByteBuffer 可进行高性能文件读写（大文件、零拷贝场景）。

❗ 常见错误与改正

错误：在 try 外创建流，在 finally 中 close() 时忽略 null 判断
修正：使用 try-with-resources 自动关闭。
错误：文本使用字节流读取后直接 new String(bytes) 未指定编码
修正：显式使用 Charset；或改用字符流。
错误：频繁 read()/write() 单字节
修正：使用缓冲流 + 批量读写。
错误：路径用 C:\\a\\b.txt 忘记转义
修正：改用正斜杠 C:/a/b.txt 或 Paths.get("C:", "a", "b.txt")。