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Java 文件和IO流基础（生动形象版）

news 来源：原创 2025/5/10 17:06:16

系列文章目录

Java文件和IO流基础部分

文件VSIO流

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前言
一、文件的定义和理解：

1.专业定义：

2.文件系统和路径：

二、IO流的定义和分类
- 1.定义：
- 2.流的分类：
- 修饰器模式的核心作用：
- 基础结构：
总结

前言

在我们学习了前面的Java操作后，我们目前需要灵活的对文件进行灵活的操作，学习IO流是编程中的基础与核心技能，几乎所有的应用程序都涉及数据输入输出（I/O）操作。其实就是数据交互的一种方式，下面让我们详细的学习一下。

一、文件的定义与理解：

首先我先谈谈我对文件的理解。文件是保存数据的地方，比如大家经常使用的word文档，txt文件，excel文件，都是文件，它既可以保存一张图片，也可以保存视频和声音。

专业定义：

计算机文件是以计算机硬盘，光盘以及移动存储设备为载体的存储在计算机上的信息集合，其存储形式可以是文本文档，图片和程序等。文件通常具有文件扩展名，用于指示文件类型，例如，图片文件扩展名为jpg，文本文件扩展名是txt等。

文件系统和路径：

一个文件系统可以包含三类对象：文件，目录和符号链接。当今流行的操作系统都支持文件和目录，并且允许目录中包含子目录，处于目录树中最顶部的目录称为“根目录”。Linux和UNIX操作系统只有一个根目录/；而windows操作系统可以有多个根目录，例如“c:\”“d:\”等

文件系统中的对象可以使用一条路径作为唯一的识别，例如，windows系统C盘下的User目录可以表示成“C:\Users”。

路径有绝对路径和相对路径两种：

绝对路径-------从根路径开始，对文件进行完整描述，例如，“D:\data\qst.txt”。

相对路径-------从当前路径为参照，对文件进行描述，例如，“data\qst.txt”。

二、IO流的定义和分类：

1.定义：

Java的IO流是实现数据输入(Input)和输出(Output)的基础，可以对数据实现读/写操作。流的优势在于使用统一的方式对数据进行操作或传递，简化了代码的操作。

形象的理解：

可以把两端当成一个用户和物流中心，中间的就是外卖小哥，来回两个过程。

2.流的分类：

按流的流向来分：

输入流：只能从输入流中读取数据，而不能向输入流中写入数据；

输出流：只能向输出流中写入数据，而不能从输出流中读取数据；

按照流所操作的基本数据单元来分，可将流分为字节流和字符流。

核心区别在于处理数据的基本单位是字节还是字符。

分类	基类	适用场景	典型实现类
字节流	`InputStream`/`OutputStream`	处理二进制数据（图片、视频、压缩包等）	`FileInputStream`、`ByteArrayInputStream`
字符流	`Reader`/`Writer`	处理文本数据（`.txt`、`.csv`等）	`FileReader，`StringWriter

节点流和处理流：

节点流可以从一个特定的数据元读写数据。而处理流（也叫包装流）是“连接”已存在的流（节点流或处理流），为程序提供更为强大的读写功能。（更加灵活。）

我们这里详细的解释一下底层处理流：

这其实属于一种处理模式：修饰器模式（Decorator Pattern） 是一种关键设计模式，它通过动态组合对象的方式，为I/O流提供灵活的功能扩展能力，同时避免因继承导致的类爆炸问题。

修饰器模式的核心作用

动态扩展功能
在不修改原有类的基础上，通过嵌套包装（Wrapping）的方式，为I/O流动态添加新功能（如缓冲、压缩、加密等）。
避免类爆炸
如果通过继承实现所有功能组合（如缓冲+压缩+加密），需要为每个组合创建子类，导致类数量指数级增长。修饰器模式通过组合替代继承，仅需少量类即可覆盖所有功能组合。
保持接口一致性
所有修饰器类（如BufferedInputStream）与基础流类（如FileInputStream）实现相同的接口（如InputStream），使嵌套调用透明化。

修饰器模式在Java I/O中的实现

基础结构：

抽象组件（Component）：定义核心功能接口，如InputStream/OutputStream。
具体组件（Concrete Component）：实现基础功能，如FileInputStream（读取文件）。
修饰器抽象类（Decorator）：继承自Component并持有Component的引用，如FilterInputStream。
具体修饰器（Concrete Decorator）：添加具体功能，如BufferedInputStream（缓冲功能）。

// 基础组件：InputStream（抽象接口）
public abstract class InputStream {
    public abstract int read() throws IOException;
}

// 具体组件：FileInputStream（基础文件流）
public class FileInputStream extends InputStream {
    public int read() { /* 从文件读取字节 */ }
}

// 修饰器抽象类：FilterInputStream（所有修饰器的基类）
public class FilterInputStream extends InputStream {
    protected InputStream in;  // 持有被修饰的流对象

    protected FilterInputStream(InputStream in) { 
        this.in = in; 
    }

    public int read() throws IOException { 
        return in.read();  // 默认直接调用被修饰流的方法
    }
}

// 具体修饰器：BufferedInputStream（添加缓冲功能）
public class BufferedInputStream extends FilterInputStream {
    private byte[] buffer = new byte[8192];
    private int pos;

    public BufferedInputStream(InputStream in) { 
        super(in); 
    }

    @Override
    public int read() throws IOException {
        if (pos >= buffer.length) {
            // 从底层流批量读取数据到缓冲区
            int bytesRead = in.read(buffer);
            if (bytesRead <= 0) return -1;
            pos = 0;
        }
        return buffer[pos++];  // 从缓冲区返回单个字节
    }
}

这其实就是一种叠加的模式，你能理解吧，以下这个代码就是给大家详细说明一下：

// 基础流：读取文件
InputStream baseStream = new FileInputStream("data.txt");

// 添加缓冲功能
InputStream bufferedStream = new BufferedInputStream(baseStream);

// 再添加解压缩功能（假设GZIPInputStream是另一个修饰器）
InputStream gzipStream = new GZIPInputStream(bufferedStream);

// 最终使用：依次调用缓冲→解压→文件读取
int data = gzipStream.read();