编程自学指南：java程序设计开发，Java I/O流，为什么需要I/O流？，Java I/O体系结构，字节流，字符流，对象流与序列化

编程自学指南：java程序设计开发，Java I/O流

学习目标：

1. 理解I/O流的核心概念与分类

2. 掌握字节流、字符流及缓冲流的用法

3. 能够通过I/O流实现文件读写与数据传输

4. 避免资源泄漏与编码相关的常见错误

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一、课程引入

1.1 为什么需要I/O流？

• 应用场景：

  • 文件读写（如读取配置文件、保存日志）

  • 网络数据传输（如上传下载文件）

  • 控制台输入输出（如用户交互）

• 核心作用：实现数据源与程序之间的数据传输

1.2 Java I/O体系结构

• 按数据类型分类：

  • 字节流：InputStream/OutputStream（处理图片、视频等二进制文件）

  • 字符流：Reader/Writer（处理文本文件，自动处理编码）

• 按功能分类：

  • 节点流：直接操作数据源（如FileInputStream）

  • 处理流：包装节点流增强功能（如BufferedInputStream）

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二、字节流

2.1 FileInputStream与FileOutputStream

案例1：复制图片文件

try (InputStream is = new FileInputStream("input.jpg");  
     OutputStream os = new FileOutputStream("output.jpg")) {  
    byte[] buffer = new byte[1024];  
    int len;  
    while ((len = is.read(buffer)) != -1) {  
        os.write(buffer, 0, len);  
    }  
} catch (IOException e) {  
    e.printStackTrace();  
}

2.2 字节缓冲流（BufferedInputStream/BufferedOutputStream）

案例2：高效文件复制

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);  
    }  
}

三、字符流

3.1 FileReader与FileWriter

案例3：读取并写入文本文件

try (Reader reader = new FileReader("input.txt");  
     Writer writer = new FileWriter("output.txt")) {  
    char[] buffer = new char[1024];  
    int len;  
    while ((len = reader.read(buffer)) != -1) {  
        writer.write(buffer, 0, len);  
    }  
}

3.2 字符缓冲流（BufferedReader/BufferedWriter）

案例4：逐行读取文件内容

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

四、对象流与序列化

4.1 序列化与反序列化

• 要求：实现Serializable接口

public class User implements Serializable {  
    private String name;  
    private transient String password; // transient修饰的字段不序列化  
    // 构造方法、getter/setter  
}

4.2 ObjectInputStream/ObjectOutputStream

案例5：保存与恢复对象

// 序列化  
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("user.dat"))) {  
    oos.writeObject(new User("张三", "123456"));  
}  

// 反序列化  
try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("user.dat"))) {  
    User user = (User) ois.readObject();  
    System.out.println(user.getName()); // 输出"张三"  
}

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五、NIO与Files类（Java 7+）

5.1 Path与Files工具类

案例6：快速读写文件

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

// 写入文件  
Files.write(path, "Hello Java".getBytes());  

// 读取文件  
List<String> lines = Files.readAllLines(path);  
lines.forEach(System.out::println); 

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六、综合案例

6.1 案例7：日志记录系统

public class Logger {  
    public static void log(String message) {  
        try (BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter("app.log", true))) {  
            writer.write(LocalDateTime.now() + " - " + message);  
            writer.newLine();  
        } catch (IOException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
}  

// 使用  
Logger.log("用户登录成功"); 

6.2 案例8：文件加密工具

try (InputStream is = new FileInputStream("origin.txt");  
     OutputStream os = new FileOutputStream("encrypted.txt")) {  
    int data;  
    while ((data = is.read()) != -1) {  
        os.write(data ^ 0xFF); // 简单异或加密  
    }  
}

七、常见错误与最佳实践

7.1 常见错误

• 错误1：未关闭流导致资源泄漏

  FileInputStream fis = new FileInputStream("test.txt");  
  // 忘记调用fis.close()

  错误2：字符编码不一致导致乱码

new FileReader("gbk.txt"); // 默认使用UTF-8读取GBK文件会乱码

7.2 最佳实践

• 使用try-with-resources自动关闭资源

• 明确指定字符编码（如StandardCharsets.UTF_8）

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八、总结与练习

8.1 总结

• 字节流：处理二进制文件（如图片、视频）

• 字符流：处理文本文件（注意编码）

• 缓冲流：提升I/O性能

• 对象流：实现序列化与反序列化

8.2 课后任务

1. 编写程序统计文本文件中各单词的出现次数

2. 实现一个文件加密解密工具（支持自定义密钥）

3. 预习下一节课：多线程编程

8.3 扩展挑战

• 用NIO的Files.walk方法实现递归遍历目录文件