Java 之 IO流

一、IO流概述

在计算机编程中，IO流（Input/Output Stream）是处理设备间数据传输的关键技术。简单来说，IO流就是以流的方式进行输入输出，数据被当作无结构的字节序或字符序列来处理。在Java等编程语言中，IO流用于操作数据的类都集中在IO包中。

二、IO流的分类

• 按流向分类：

  • 输入流：用于从数据源（如文件、键盘）读取数据。
  • 输出流：用于向目标（如文件、屏幕）写入数据。

• 按操作类型分类：

  • 字节流：以字节为单位进行操作，适用于所有类型的数据。
  • 字符流：以字符为单位进行操作，更便于处理文本数据。

三、字节流详解

• 字节输入流（InputStream）：

FileInputStream：从文件中读取数据的常用类。

// 示例：使用FileInputStream读取文件内容
FileInputStream fis = null;
try {
    fis = new FileInputStream("example.txt"); // 创建文件输入流对象
    int content;
    while ((content = fis.read()) != -1) { // 逐个字节读取文件内容
        System.out.print((char) content); // 输出读取到的字节（转换为字符）
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace(); // 处理异常
} finally {
    if (fis != null) {
        try {
            fis.close(); // 关闭流，释放资源
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace(); // 处理异常
        }
    }
}

• 字节输出流（OutputStream）：

FileOutputStream：向文件中写入数据的常用类。

// 示例：使用FileOutputStream向文件写入数据
FileOutputStream fos = null;
try {
    fos = new FileOutputStream("output.txt"); // 创建文件输出流对象
    String str = "Hello, World!"; // 待写入的字符串
    byte[] bytes = str.getBytes(); // 将字符串转换为字节数组
    fos.write(bytes); // 向文件写入字节数组
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace(); // 处理异常
} finally {
    if (fos != null) {
        try {
            fos.close(); // 关闭流，释放资源
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace(); // 处理异常
        }
    }
}

四、字符流详解

• 字符输入流（Reader）：

FileReader：从文件中读取字符数据的常用类。

// 示例：使用FileReader读取文件内容（字符方式）
FileReader fr = null;
try {
    fr = new FileReader("example.txt"); // 创建文件字符输入流对象
    int c;
    while ((c = fr.read()) != -1) { // 逐个字符读取文件内容
        System.out.print((char) c); // 输出读取到的字符
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace(); // 处理异常
} finally {
    if (fr != null) {
        try {
            fr.close(); // 关闭流，释放资源
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace(); // 处理异常
        }
    }
}

• 字符输出流（Writer）：

FileWriter：向文件中写入字符数据的常用类。

// 示例：使用FileWriter向文件写入数据（字符方式）
FileWriter fw = null;
try {
    fw = new FileWriter("output.txt"); // 创建文件字符输出流对象
    String str = "Hello, Character Stream!"; // 待写入的字符串
    fw.write(str); // 向文件写入字符串
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace(); // 处理异常
} finally {
    if (fw != null) {
        try {
            fw.close(); // 关闭流，释放资源
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace(); // 处理异常
        }
    }
}

五、缓冲流与高效IO

为了提高IO操作的效率，Java提供了缓冲流（BufferedStream），包括BufferedInputStream、BufferedOutputStream、BufferedReader和BufferedWriter。这些缓冲流在读写操作中添加了缓冲区。

1. 缓冲输入流（BufferedInputStream）：

• 通过在内存中使用缓冲区来提高从文件中读取数据的效率。

// 示例：使用BufferedInputStream提高文件读取效率
BufferedInputStream bis = null;
try {
    bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("example.txt")); // 创建带缓冲的输入流对象
    int content;
    while ((content = bis.read()) != -1) { // 从缓冲区读取数据
        System.out.print((char) content); // 输出读取到的字节（转换为字符）
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace(); // 处理异常
} finally {
    if (bis != null) {
        try {
            bis.close(); // 关闭流，释放资源
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace(); // 处理异常
        }
    }
}

2. 缓冲输出流（BufferedOutputStream）：

• 通过缓冲区在内存中积累数据，提高写入文件的效率。

// 示例：使用BufferedOutputStream提高文件写入效率
BufferedOutputStream bos = null;
try {
    bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("output.txt")); // 创建带缓冲的输出流对象
    String str = "Hello, Buffered Output Stream!"; // 待写入的字符串
    byte[] bytes = str.getBytes(); // 将字符串转换为字节数组
    bos.write(bytes); // 向缓冲区写入数据
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace(); // 处理异常
} finally {
    if (bos != null) {
        try {
            bos.close(); // 关闭流，释放资源
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace(); // 处理异常
        }
    }
}

3. 缓冲字符输入流（BufferedReader）：

• 通过缓存字符数据提高读取文本数据的效率。

// 示例：使用BufferedReader读取文件内容（字符方式）
BufferedReader br = null;
try {
    br = new BufferedReader(new FileReader("example.txt")); // 创建带缓冲的字符输入流对象
    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) { // 逐行读取文本数据
        System.out.println(line); // 输出读取到的每一行
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace(); // 处理异常
} finally {
    if (br != null) {
        try {
            br.close(); // 关闭流，释放资源
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace(); // 处理异常
        }
    }
}

4. 缓冲字符输出流（BufferedWriter）：

• 使用缓冲区提高写入文本数据的效率。

// 示例：使用BufferedWriter向文件写入数据（字符方式）
BufferedWriter bw = null;
try {
    bw = new BufferedWriter(new FileWriter("output.txt")); // 创建带缓冲的字符输出流对象
    String str = "Hello, Buffered Writer!"; // 待写入的字符串
    bw.write(str); // 向缓冲区写入数据
    bw.newLine(); // 添加新行
    bw.write("Second Line"); // 写入第二行
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace(); // 处理异常
} finally {
    if (bw != null) {
        try {
            bw.close(); // 关闭流，释放资源
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace(); // 处理异常
        }
    }
}

六、对象流

对象流用于处理对象的序列化和反序列化，即将对象转换为字节流保存到文件中，或从字节流中恢复对象。

ObjectInputStream：

反序列化对象（从字节流恢复对象）。

// 示例：使用ObjectInputStream读取对象
ObjectInputStream ois = null;
try {
    ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("object.dat")); // 创建对象输入流
    MyObject obj = (MyObject) ois.readObject(); // 从文件中读取对象
    System.out.println(obj); // 打印恢复的对象
} catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
    e.printStackTrace(); // 处理异常
} finally {
    if (ois != null) {
        try {
            ois.close(); // 关闭流，释放资源
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace(); // 处理异常
        }
    }
}

ObjectOutputStream：

序列化对象（将对象写入字节流）。

// 示例：使用ObjectOutputStream写入对象
ObjectOutputStream oos = null;
try {
    oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("object.dat")); // 创建对象输出流
    MyObject obj = new MyObject(); // 创建待序列化的对象
    oos.writeObject(obj); // 将对象写入文件
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace(); // 处理异常
} finally {
    if (oos != null) {
        try {
            oos.close(); // 关闭流，释放资源
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace(); // 处理异常
        }
    }
}

七、文件操作辅助类

File类：

提供文件和目录的操作方法。

// 示例：使用File类进行文件操作
File file = new File("example.txt"); // 创建File对象
if (file.exists()) {
    System.out.println("文件存在");
    System.out.println("文件大小: " + file.length() + " bytes"); // 获取文件大小
    System.out.println("是否是文件: " + file.isFile()); // 判断是否为文件
    System.out.println("是否是目录: " + file.isDirectory()); // 判断是否为目录
} else {
    System.out.println("文件不存在");
}

Files类（Java NIO）：

提供更高效的文件操作方法。

// 示例：使用Files类读取文件内容
Path path = Paths.get("example.txt"); // 创建Path对象
try {
    List lines = Files.readAllLines(path); // 读取所有行
    for (String line : lines) {
        System.out.println(line); // 输出每一行
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace(); // 处理异常
}

八、总结

IO流是处理数据读写的基础。Java中的IO流分为字节流和字符流，字节流适合处理各种数据类型，而字符流则专门处理文本数据。为了提高IO效率，Java提供了缓冲流。此外，对象流允许对对象进行序列化和反序列化操作。通过File类和Files类可以方便地进行文件操作。

通过掌握以上知识，你可以在实际开发中更有效地处理数据输入输出操作，优化程序性能。希望能帮助各位看官更深入理解Java IO流的使用，感谢各位看官的观看，下期见，谢谢~