Java中的I/O流

Java中的I/O流

Java中的I/O流（Input/Output Streams）是用于处理输入和输出操作的类。这些流可以用来读取或写入数据，无论是从文件、网络连接还是内存缓冲区。Java I/O API位于java.io包中，并分为字节流和字符流两大类。

字节流

在Java中，字节流主要用于处理以字节为单位的数据输入和输出操作。它们非常适合处理二进制数据，如图像文件、音频文件等，也可以用于文本文件的读写（虽然对于文本文件，通常更推荐使用字符流）。字节流的核心类位于java.io包中，主要包括抽象类InputStream和OutputStream及其子类。

• InputStream：抽象类，所有字节输入流的超类。
• OutputStream：抽象类，所有字节输出流的超类。
• FileInputStream：用于从文件系统中的某个文件中读取字节。
• FileOutputStream：用于向文件系统中的某个文件写入字节。
• BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream：通过内部缓冲区提高性能。
• ByteArrayInputStream 和 ByteArrayOutputStream：在内存中以字节数组的形式存储数据。
• DataInputStream 和 DataOutputStream：允许按基本数据类型读写数据。
• ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream：用于序列化和反序列化对象。

1. InputStream（抽象类）

• 作用：所有字节输入流的超类，定义了从源读取字节的基本方法（如 read()）。
• 使用范围：作为其他字节输入流的基类，不直接实例化。
• 示例代码：

  // 通常通过子类使用，如 FileInputStream
  

2. OutputStream（抽象类）

• 作用：所有字节输出流的超类，定义了向目标写入字节的基本方法（如 write()）。
• 使用范围：作为其他字节输出流的基类，不直接实例化。
• 示例代码：

  // 通常通过子类使用，如 FileOutputStream
  

3. FileInputStream

• 作用：从文件系统读取字节数据。
• 使用范围：需要读取本地文件内容的场景。
• 示例代码：

  try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt")) {
      int data;
      while ((data = fis.read()) != -1) {
          System.out.print((char) data);
      }
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

4. FileOutputStream

• 作用：向文件系统写入字节数据。
• 使用范围：需要向本地文件写入内容的场景。
• 示例代码：

  try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt")) {
      String text = "Hello, World!";
      fos.write(text.getBytes());
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

5. BufferedInputStream

• 作用：通过内部缓冲区提高字节输入流的读取性能。
• 使用范围：需要高效读取大文件或频繁读取小数据块的场景。
• 示例代码：

  try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt");
       BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis)) {
      int data;
      while ((data = bis.read()) != -1) {
          System.out.print((char) data);
      }
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

6. BufferedOutputStream

• 作用：通过内部缓冲区提高字节输出流的写入性能。
• 使用范围：需要高效写入大文件或频繁写入小数据块的场景。
• 示例代码：

  try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt");
       BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fos)) {
      String text = "Hello, Buffered World!";
      bos.write(text.getBytes());
      bos.flush(); // 确保缓冲区数据写入文件
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

7. ByteArrayInputStream

• 作用：从内存中的字节数组读取数据。
• 使用范围：需要从字节数组模拟输入流的场景（如测试或数据处理）。
• 示例代码：

  byte[] data = "Hello, ByteArray!".getBytes();
  try (ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(data)) {
      int byteValue;
      while ((byteValue = bais.read()) != -1) {
          System.out.print((char) byteValue);
      }
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

8. ByteArrayOutputStream

• 作用：向内存中的字节数组写入数据。
• 使用范围：需要将数据写入字节数组的场景（如动态生成内容）。
• 示例代码：

  try (ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream()) {
      String text = "Hello, ByteArrayOutputStream!";
      baos.write(text.getBytes());
      byte[] result = baos.toByteArray(); // 获取字节数组
      System.out.println(new String(result));
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

9. DataInputStream

• 作用：允许按基本数据类型（如 int, double）读取数据。
• 使用范围：需要从流中读取结构化数据的场景。
• 示例代码：

  try (DataInputStream dis = new DataInputStream(
          new BufferedInputStream(
              new FileInputStream("data.bin")))) {
      int num = dis.readInt();
      double value = dis.readDouble();
      System.out.println("Read: " + num + ", " + value);
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

10. DataOutputStream

• 作用：允许按基本数据类型写入数据。
• 使用范围：需要向流中写入结构化数据的场景。
• 示例代码：

  try (DataOutputStream dos = new DataOutputStream(
          new BufferedOutputStream(
              new FileOutputStream("data.bin")))) {
      dos.writeInt(42);
      dos.writeDouble(3.1415);
      dos.flush(); // 确保数据写入文件
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

11. ObjectInputStream

• 作用：从流中反序列化对象。
• 使用范围：需要读取序列化对象的场景（如网络传输或文件存储）。
• 示例代码：

  try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(
          new FileInputStream("object.dat"))) {
      MyObject obj = (MyObject) ois.readObject();
      System.out.println(obj);
  } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

12. ObjectOutputStream

• 作用：将对象序列化到流中。
• 使用范围：需要写入序列化对象的场景（如网络传输或文件存储）。
• 示例代码：

  try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(
          new FileOutputStream("object.dat"))) {
      MyObject obj = new MyObject("Test", 123);
      oos.writeObject(obj);
      oos.flush(); // 确保数据写入文件
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

补充说明

• 资源管理：使用 try-with-resources 语法（如 try (InputStream is = ...)）自动关闭流，避免资源泄漏。
• 序列化要求：对象需实现 Serializable 接口才能被 ObjectInputStream/ObjectOutputStream 处理。
• 性能优化：缓冲流（BufferedInputStream/BufferedOutputStream）通过减少 I/O 操作次数显著提升性能。以下是 Java 中常用输入输出流类的作用、使用范围及示例代码：

1. InputStream（抽象类）

• 作用：所有字节输入流的超类，定义了从源读取字节的基本方法（如 read()）。
• 使用范围：作为其他字节输入流的基类，不直接实例化。
• 示例代码：

  // 通常通过子类使用，如 FileInputStream
  

2. OutputStream（抽象类）

• 作用：所有字节输出流的超类，定义了向目标写入字节的基本方法（如 write()）。
• 使用范围：作为其他字节输出流的基类，不直接实例化。
• 示例代码：

  // 通常通过子类使用，如 FileOutputStream
  

3. FileInputStream

• 作用：从文件系统读取字节数据。
• 使用范围：需要读取本地文件内容的场景。
• 示例代码：

  try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt")) {
      int data;
      while ((data = fis.read()) != -1) {
          System.out.print((char) data);
      }
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

4. FileOutputStream

• 作用：向文件系统写入字节数据。
• 使用范围：需要向本地文件写入内容的场景。
• 示例代码：

  try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt")) {
      String text = "Hello, World!";
      fos.write(text.getBytes());
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

5. BufferedInputStream

• 作用：通过内部缓冲区提高字节输入流的读取性能。
• 使用范围：需要高效读取大文件或频繁读取小数据块的场景。
• 示例代码：

  try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt");
       BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis)) {
      int data;
      while ((data = bis.read()) != -1) {
          System.out.print((char) data);
      }
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

6. BufferedOutputStream

• 作用：通过内部缓冲区提高字节输出流的写入性能。
• 使用范围：需要高效写入大文件或频繁写入小数据块的场景。
• 示例代码：

  try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt");
       BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fos)) {
      String text = "Hello, Buffered World!";
      bos.write(text.getBytes());
      bos.flush(); // 确保缓冲区数据写入文件
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

7. ByteArrayInputStream

• 作用：从内存中的字节数组读取数据。
• 使用范围：需要从字节数组模拟输入流的场景（如测试或数据处理）。
• 示例代码：

  byte[] data = "Hello, ByteArray!".getBytes();
  try (ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(data)) {
      int byteValue;
      while ((byteValue = bais.read()) != -1) {
          System.out.print((char) byteValue);
      }
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

8. ByteArrayOutputStream

• 作用：向内存中的字节数组写入数据。
• 使用范围：需要将数据写入字节数组的场景（如动态生成内容）。
• 示例代码：

  try (ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream()) {
      String text = "Hello, ByteArrayOutputStream!";
      baos.write(text.getBytes());
      byte[] result = baos.toByteArray(); // 获取字节数组
      System.out.println(new String(result));
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

9. DataInputStream

• 作用：允许按基本数据类型（如 int, double）读取数据。
• 使用范围：需要从流中读取结构化数据的场景。
• 示例代码：

  try (DataInputStream dis = new DataInputStream(
          new BufferedInputStream(
              new FileInputStream("data.bin")))) {
      int num = dis.readInt();
      double value = dis.readDouble();
      System.out.println("Read: " + num + ", " + value);
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

10. DataOutputStream

• 作用：允许按基本数据类型写入数据。
• 使用范围：需要向流中写入结构化数据的场景。
• 示例代码：

  try (DataOutputStream dos = new DataOutputStream(
          new BufferedOutputStream(
              new FileOutputStream("data.bin")))) {
      dos.writeInt(42);
      dos.writeDouble(3.1415);
      dos.flush(); // 确保数据写入文件
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

11. ObjectInputStream

• 作用：从流中反序列化对象。
• 使用范围：需要读取序列化对象的场景（如网络传输或文件存储）。
• 示例代码：

  try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(
          new FileInputStream("object.dat"))) {
      MyObject obj = (MyObject) ois.readObject();
      System.out.println(obj);
  } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

12. ObjectOutputStream

• 作用：将对象序列化到流中。
• 使用范围：需要写入序列化对象的场景（如网络传输或文件存储）。
• 示例代码：

  try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(
          new FileOutputStream("object.dat"))) {
      MyObject obj = new MyObject("Test", 123);
      oos.writeObject(obj);
      oos.flush(); // 确保数据写入文件
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

补充说明

• 资源管理：使用 try-with-resources 语法（如 try (InputStream is = ...)）自动关闭流，避免资源泄漏。
• 序列化要求：对象需实现 Serializable 接口才能被 ObjectInputStream/ObjectOutputStream 处理。
• 性能优化：缓冲流（BufferedInputStream/BufferedOutputStream）通过减少 I/O 操作次数显著提升性能。

字符流

在Java中，字符流用于处理以字符为单位的数据输入和输出操作。与字节流不同，字符流专门处理文本数据，它们基于16位的Unicode字符集进行编码和解码，这使得字符流非常适合于读写文本文件或其他文本数据源。字符流的核心类位于java.io包中，主要包括抽象类Reader和Writer及其子类。

• Reader：抽象类，所有字符输入流的超类。
• Writer：抽象类，所有字符输出流的超类。
• FileReader 和 FileWriter：分别用于从文件读取字符和向文件写入字符。
• BufferedReader 和 BufferedWriter：通过内部缓冲区提高性能。
• CharArrayReader 和 CharArrayWriter：在内存中以字符数组的形式存储数据。
• InputStreamReader 和 OutputStreamWriter：桥接字节流和字符流，支持指定字符编码。
• PrintWriter：提供格式化的打印功能。

1. Reader（抽象类）

• 作用：所有字符输入流的超类，定义了从源读取字符的基本方法（如 read()）。
• 使用范围：作为其他字符输入流的基类，不直接实例化。
• 示例代码：

  // 通常通过子类使用，如 FileReader
  

2. Writer（抽象类）

• 作用：所有字符输出流的超类，定义了向目标写入字符的基本方法（如 write()）。
• 使用范围：作为其他字符输出流的基类，不直接实例化。
• 示例代码：

  // 通常通过子类使用，如 FileWriter
  

3. FileReader

• 作用：从文件系统读取字符数据。
• 使用范围：需要读取本地文本文件的场景。
• 示例代码：

  try (FileReader fr = new FileReader("text.txt")) {
      int data;
      while ((data = fr.read()) != -1) {
          System.out.print((char) data);
      }
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

4. FileWriter

• 作用：向文件系统写入字符数据。
• 使用范围：需要向本地文本文件写入内容的场景。
• 示例代码：

  try (FileWriter fw = new FileWriter("output.txt")) {
      String text = "Hello, FileWriter!";
      fw.write(text);
      fw.flush(); // 确保数据写入文件
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

5. BufferedReader

• 作用：通过内部缓冲区提高字符输入流的读取性能。
• 使用范围：需要高效读取大文本文件或频繁读取小数据块的场景。
• 示例代码：

  try (FileReader fr = new FileReader("text.txt");
       BufferedReader br = new BufferedReader(fr)) {
      String line;
      while ((line = br.readLine()) != null) {
          System.out.println(line);
      }
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

6. BufferedWriter

• 作用：通过内部缓冲区提高字符输出流的写入性能。
• 使用范围：需要高效写入大文本文件或频繁写入小数据块的场景。
• 示例代码：

  try (FileWriter fw = new FileWriter("output.txt");
       BufferedWriter bw = new BufferedWriter(fw)) {
      bw.write("Hello, BufferedWriter!");
      bw.newLine(); // 写入换行符
      bw.flush(); // 确保缓冲区数据写入文件
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

7. CharArrayReader

• 作用：从内存中的字符数组读取数据。
• 使用范围：需要从字符数组模拟输入流的场景（如测试或数据处理）。
• 示例代码：

  char[] data = "Hello, CharArray!".toCharArray();
  try (CharArrayReader car = new CharArrayReader(data)) {
      int charValue;
      while ((charValue = car.read()) != -1) {
          System.out.print((char) charValue);
      }
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

8. CharArrayWriter

• 作用：向内存中的字符数组写入数据。
• 使用范围：需要将数据写入字符数组的场景（如动态生成内容）。
• 示例代码：

  try (CharArrayWriter caw = new CharArrayWriter()) {
      String text = "Hello, CharArrayWriter!";
      caw.write(text);
      char[] result = caw.toCharArray(); // 获取字符数组
      System.out.println(new String(result));
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

9. InputStreamReader

• 作用：将字节流转换为字符流，支持指定字符编码（如 UTF-8）。
• 使用范围：需要按特定编码读取字节数据的场景（如网络传输或文件）。
• 示例代码：

  try (FileInputStream fis = new FileInputStream("text.bin");
       InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis, StandardCharsets.UTF_8)) {
      int data;
      while ((data = isr.read()) != -1) {
          System.out.print((char) data);
      }
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

10. OutputStreamWriter

• 作用：将字符流转换为字节流，支持指定字符编码（如 UTF-8）。
• 使用范围：需要按特定编码写入字节数据的场景（如网络传输或文件）。
• 示例代码：

  try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.bin");
       OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(fos, StandardCharsets.UTF_8)) {
      String text = "Hello, OutputStreamWriter!";
      osw.write(text);
      osw.flush(); // 确保数据写入文件
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

11. PrintWriter

• 作用：提供格式化的字符输出功能（如 printf、println）。
• 使用范围：需要向控制台或文件输出格式化文本的场景。
• 示例代码：

  try (PrintWriter pw = new PrintWriter(new FileWriter("output.txt"))) {
      pw.println("Hello, PrintWriter!");
      pw.printf("Number: %d, Pi: %.2f", 42, 3.1415);
      pw.flush(); // 确保数据写入文件
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }
  

补充说明

• 资源管理：使用 try-with-resources 语法自动关闭流，避免资源泄漏。
• 字符编码：通过 InputStreamReader/OutputStreamWriter 指定编码（如 UTF-8），确保跨平台一致性。
• 性能优化：缓冲流（BufferedReader/BufferedWriter）通过减少 I/O 操作次数显著提升性能。
• 格式化输出：PrintWriter 支持类似 System.out.printf 的格式化方法。

总结

• 字节流：适合处理二进制数据。
• 字符流：适合处理文本数据，自动处理字符编码和换行符。