Java I/O 详解：从基础到高级

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前言

Java I/O（输入/输出）是 Java 编程中处理数据流的核心部分。无论是读写文件、网络通信，还是处理用户输入，Java I/O 都提供了强大的支持。本文将带你全面了解 Java I/O 的核心概念和使用方法。

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一、Java I/O 的核心概念

1. 流（Stream）

流是 Java I/O 的基础，表示数据的流动。流分为两种：

• 输入流（InputStream/Reader）：从数据源读取数据。
• 输出流（OutputStream/Writer）：向目标写入数据。

2. 字节流 vs 字符流

• 字节流：以字节为单位操作数据，适合处理二进制文件（如图片、视频）。核心类：InputStream、OutputStream

• 字符流：以字符为单位操作数据，适合处理文本文件。核心类：Reader、Writer

二、Java I/O 的核心类

1. 字节流

InputStream是所有字节输入流的抽象基类，它定义了读取字节数据的基本方法。常见的字节输入流子类。有FileInputStream和BufferedInputStream。
OutputStream是所有字节输出流的抽象基类，它定义了写入字节数据的基本方法。常见的字节输出流子类。有FileOutputStream和BufferedOutputStream。

文件读写

• FileInputStream：从文件读取字节。
• FileOutputStream：向文件写入字节。

try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt");
     FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt")) {
    int data;
    while ((data = fis.read()) != -1) {
        fos.write(data);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

缓冲流

• BufferedInputStream：提高读取效率。
• BufferedOutputStream：提高写入效率。

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);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

2.字符流

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。有FileReader和BufferedReader。
字符输出流用于将字符数据写入目标（如文件、控制台等）。Writer是所有字符输入流的抽象基类。有FileWriter和BufferedWriter。

文件读写

• FileReader：从文件读取字符。
• FileWriter：向文件写入字符。

try (FileReader fr = new FileReader("input.txt");
     FileWriter fw = new FileWriter("output.txt")) {
    int data;
    while ((data = fr.read()) != -1) {
        fw.write(data);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

缓冲流

• BufferedReader：提高读取效率，支持按行读取。
• BufferedWriter：提高写入效率。

try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("input.txt"));
     BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("output.txt"))) {
    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) {
        bw.write(line);
        bw.newLine();
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

三、Java NIO（非阻塞 I/O）

Java NIO 提供了更高效的 I/O 操作，核心组件包括：

• Channel：数据通道，支持双向读写。
• Buffer：数据缓冲区，用于临时存储数据。
• Selector：多路复用器，用于管理多个 Channel。

示例：使用 NIO 复制文件

try (FileChannel sourceChannel = new FileInputStream("input.txt").getChannel();
     FileChannel destChannel = new FileOutputStream("output.txt").getChannel()) {
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    while (sourceChannel.read(buffer) != -1) {
        buffer.flip(); // 切换为读模式
        destChannel.write(buffer);
        buffer.clear(); // 清空缓冲区
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

四、Java I/O 的最佳实践

1. 使用 try-with-resources
   • 自动关闭资源，避免内存泄漏。

try (InputStream is = new FileInputStream("input.txt")) {
    // 操作流
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

2. 优先使用缓冲流

   • 缓冲流可以显著提高 I/O 性能。

3. 合理选择字节流和字符流

   • 文本文件用字符流，二进制文件用字节流。

4. NIO 适合高并发场景

   • 对于需要处理大量连接的场景（如网络服务器），优先使用 NIO。

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总结

Java I/O 是 Java 编程中不可或缺的一部分，掌握其核心概念和使用方法对于开发高效、稳定的应用程序至关重要。