Java I/O 流详解

一、概述

I/O(input/output)流是Java中用于输入输出的核心机制，定义在java.io包中。I/O流可以分为以下几类：

1. 按数据单位分类：

   • 字节流：以字节为单位
   • 字符流：以字符为单位

2. 按传输方向分类：

   • 输入流
   • 输出流

3. 按功能分类：

   • 节点流（低级流）：直接连接数据源进行读写
   • 处理流（高级流）：对已存在的节点流进行封装

Java I/O中有四个顶级类：

• 字节流：InputStream、OutputStream
• 字符流：Reader、Writer

二、字节流

1. FileInputStream和FileOutputStream

import java.io.*;

public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 读取文件内容
        FileInputStream file_in = new FileInputStream("test.txt");
        int b = 0;
        while ((b = file_in.read()) != -1) {
            System.out.println(b); // 输出ASCII码
            System.out.println((char)b); // 转字符输出
        }
        file_in.close();
        
        // 写出文件
        FileOutputStream file_out = new FileOutputStream("test2.txt");
        String str1 = "hello world";
        file_out.write(str1.getBytes());
        file_out.close();
        
        // 文件复制
        FileInputStream copy_in = new FileInputStream("test.txt");
        FileOutputStream copy_out = new FileOutputStream("testCOPY2.txt");
        copy_out.write(copy_in.readAllBytes());
    }
}

read()方法有三种形式：

• read()：每次读一个字节
• read(byte[] bs)：读取多个字节到字节数组
• read(byte[] bs, int offset, int len)：跳过offset个字节读取len个字节

2. BufferedInputStream和BufferedOutputStream

字节缓冲流，内部自带8192字节的缓冲区。

import java.io.*;

public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        BufferedInputStream buffer_in = new BufferedInputStream(
            new FileInputStream("test.txt"));
        BufferedOutputStream buffer_out = new BufferedOutputStream(
            new FileOutputStream("bufferOUT.txt"));
        buffer_out.write(buffer_in.readAllBytes());
        buffer_in.close();
        buffer_out.close();
    }
}

三、字符流

1. Reader

import java.io.*;

public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        FileReader fr = new FileReader("test.txt");
        int len1 = 0;
        while ((len1 = fr.read()) != -1) {
            System.out.println(((Object)len1).getClass().toString());
            System.out.println(len1);
        }
        fr.close();
    }
}

2. Writer

import java.io.*;

public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        FileWriter fw = new FileWriter("Writer.txt");
        fw.write("Java是世界上最好的语言.py");
        fw.close();
    }
}

四、转换流

InputStreamReader和OutputStreamWriter用于字节流和字符流之间的转换。

• InputStreamReader：将字节输入流转换成字符输入流
• OutputStreamWriter：将字节输出流转换成字符输出流

注意：只能对文本文件进行转换，图片、视频等非文本文件转换会导致数据丢失。

五、File类

File类用于封装文件或目录路径，提供文件操作功能。

1. 常用构造方法

File(File parent, String child);
File(String pathname);
File(String parent, String child);
File(URI uri);

2. 常用方法

3. 文件过滤器

import java.io.*;
import java.util.Arrays;

public class FileTest {
    public static void main(String[] args) {
        File f = new File("C:\\JAVA");
        if (f.isDirectory()) {
            String[] filenames = f.list((dir, name) -> name.endsWith(".md"));
            Arrays.stream(filenames).forEach(ff -> System.out.println(ff));
        }
    }
}

六、RandomAccessFile

可以随机访问文件任意位置进行读写。

1. 构造方法

RandomAccessFile(File file, String mode);
RandomAccessFile(String name, String mode);

2. 常用方法

• long getFilePointer()：返回当前指针位置
• void seek(long pos)：设置文件指针偏移量
• int skipBytes(int n)：跳过n个字节

七、对象序列化

1. 序列化接口

• Serializable：简单实现，系统自动完成
• Externalizable：需手动实现方法，更灵活

2. serialVersionUID

private static final long serialVersionUID = 1L;

3. 示例

// SerializableTest.java
import java.io.*;

public class SerializableTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 序列化
        FileOutputStream fos1 = new FileOutputStream("test1.txt");
        ObjectOutputStream oos1 = new ObjectOutputStream(fos1);
        Person ps1 = new Person("test", 8848);
        oos1.writeObject(ps1);
        oos1.close();
        fos1.close();
        
        // 反序列化
        FileInputStream fis1 = new FileInputStream("test1.txt");
        ObjectInputStream ois1 = new ObjectInputStream(fis1);
        Person ps2 = (Person)ois1.readObject();
        fis1.close();
        ois1.close();
        ps2.getInfo();
    }
}

// Person.java
import java.io.Serializable;

public class Person implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String name;
    private int age;
    
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    
    public void getInfo() {
        System.out.println("name: " + name + " | age: " + age);
    }
}

八、NIO

JDK1.4引入的New I/O，核心组件：

• Buffer
• Channel
• Selector

1. Buffer

Buffer子类：

• ByteBuffer
• CharBuffer
• DoubleBuffer
• FloatBuffer
• IntBuffer
• LongBuffer
• ShortBuffer

创建Buffer：

CharBuffer buffer = CharBuffer.allocate(10);

Buffer属性：

• capacity：容量
• limit：界限（可读区域的第一个索引）
• position：下一个可读写的位置索引

示例：

import java.nio.CharBuffer;

public class FileTest {
    public static void main(String[] args) {
        CharBuffer cbf1 = CharBuffer.allocate(10);
        for (int i = 0; i <= 9; i++) {
            cbf1.put((char)i);
        }
        System.out.println(cbf1.capacity());
        System.out.println(cbf1.limit());
        System.out.println(cbf1.position());
        
        cbf1.flip(); // 反转缓冲区
        for (int i = 0; i <= 9; i++) {
            System.out.println((int)cbf1.get());
        }
    }
}

2. Channel

Channel实现类：

• DatagramChannel：UDP通信
• FileChannel：文件读写
• Pipe.SinkChannel/Pipe.SourceChannel：线程间通信
• ServerSocketChannel/SocketChannel：TCP通信

示例：

import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class FileTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        RandomAccessFile raf1 = new RandomAccessFile("test1.txt", "rw");
        RandomAccessFile raf2 = new RandomAccessFile("test2.txt", "rw");
        FileChannel fc1 = raf1.getChannel();
        FileChannel fc2 = raf2.getChannel();
        long transferto = fc1.transferTo(0, fc1.size(), fc2);
        System.out.println(transferto);
    }
}

3. NIO.2 (JDK7+)

新增内容：

• java.nio.file包
• 全面的文件系统支持
• 异步Channel I/O

3.1 Path接口

用于定位文件的对象。

3.2 Paths和Files工具类

Paths提供创建Path对象的静态方法：

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

Files提供操作文件的静态方法：

Files.copy(source, target);
Files.move(source, target);
Files.delete(path);
Files.readAllLines(path);