Java I/O知识归纳

Java I/O（输入/输出）是处理数据输入输出的核心 API，用于文件读写、网络通信等操作。Java I/O 分为 传统 I/O（java.io） 和 NIO（New I/O, java.nio） 两大类。下面详细讲解关键概念和用法：

一、核心概念

1. 流（Stream）

   • 字节流：以字节为单位（8位），处理二进制数据

     • InputStream / OutputStream（抽象基类）

   • 字符流：以字符为单位（16位 Unicode），处理文本数据

     • Reader / Writer（抽象基类）

2. 缓冲（Buffering） 通过缓冲区减少物理读写次数，提升性能（如 BufferedInputStream）。

3. 装饰者模式 Java I/O 使用装饰者模式动态增强流的功能（如缓冲、字符转换）。

字节流（Byte Streams）深度解析

Java 字节流是处理二进制数据的核心 API，以 8 位字节为单位进行数据读写，适用于所有类型的数据（包括文本、图片、音视频等）。字节流的核心抽象类是 InputStream 和 OutputStream。

一、字节流核心类体系

二、关键类详解

1. 基础文件流

• FileInputStream：从文件读取字节

  try (InputStream is = new FileInputStream("photo.jpg")) {int byteData;while ((byteData = is.read()) != -1) {// 处理每个字节 (0-255)}
  }

• FileOutputStream：向文件写入字节

  try (OutputStream os = new FileOutputStream("copy.jpg")) {byte[] data = {0x48, 0x65, 0x6C, 0x6C, 0x6F}; // Hello 的十六进制os.write(data);
  }

2. 缓冲流（性能关键）

• BufferedInputStream：内置 8KB 缓冲区

  try (InputStream is = new BufferedInputStream(new FileInputStream("large.bin"), 16384)) { // 16KB 缓冲区// 读取效率提升 5-10 倍
  }

• BufferedOutputStream：写缓冲

  try (OutputStream os = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("output.bin"))) {os.write(0xFF); // 不会立即写入磁盘os.flush();     // 强制写入磁盘
  }

3. 数据类型处理流

• DataInputStream：读取基本数据类型

  try (DataInputStream dis = new DataInputStream(new FileInputStream("data.bin"))) {int intVal = dis.readInt();double doubleVal = dis.readDouble();boolean boolVal = dis.readBoolean();
  }

• DataOutputStream：写入基本数据类型

  try (DataOutputStream dos = new DataOutputStream(new FileOutputStream("data.bin"))) {dos.writeInt(1024);dos.writeDouble(3.14);dos.writeBoolean(true);
  }

4. 对象序列化流

• ObjectInputStream / ObjectOutputStream

  // 序列化对象
  try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("user.dat"))) {oos.writeObject(new User("Alice", 25));
  }
  ​
  // 反序列化
  try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("user.dat"))) {User user = (User) ois.readObject();
  }

  注意：被序列化的类必须实现 Serializable 接口

5. 内存操作流

• ByteArrayInputStream：从内存字节数组读取

  byte[] data = "Hello".getBytes();
  try (InputStream is = new ByteArrayInputStream(data)) {// 从内存数组读取
  }

• ByteArrayOutputStream：写入内存缓冲区

  try (ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream()) {baos.write("World".getBytes());byte[] result = baos.toByteArray(); // 获取内存数据
  }

三、核心操作 API

InputStream 关键方法

OutputStream 关键方法

四、高效读写模式

1. 缓冲区最佳实践

try (InputStream is = new FileInputStream("source.bin");OutputStream os = new FileOutputStream("target.bin")) {byte[] buffer = new byte[8192];  // 8KB缓冲区int bytesRead;while ((bytesRead = is.read(buffer)) != -1) {os.write(buffer, 0, bytesRead);  // 写入实际读取量}
}

2. 零拷贝技术（Java 9+）

try (InputStream is = new FileInputStream("source.bin");OutputStream os = new FileOutputStream("target.bin")) {is.transferTo(os);  // 直接传输所有数据，减少拷贝次数
}

五、特殊场景处理

1. 大文件分块读取

try (RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("huge.bin", "r")) {byte[] chunk = new byte[1024 * 1024];  // 1MB 块for (long i = 0; i < raf.length(); i += chunk.length) {raf.seek(i);int read = raf.read(chunk);// 处理数据块}
}

2. 资源泄漏防护（try-with-resources）

// 自动关闭多个资源（按声明逆序关闭）
try (InputStream is1 = new FileInputStream("f1.bin");InputStream is2 = new FileInputStream("f2.bin");OutputStream os = new FileOutputStream("merged.bin")) {// 合并文件操作
}

3. 文件尾部追加

try (OutputStream os = new FileOutputStream("log.bin", true)) {  // 追加模式os.write("New log entry".getBytes());
}

六、字节流 vs 字符流

最佳实践总结

1. 始终使用缓冲流：用 BufferedInputStream/BufferedOutputStream 包装基础流

2. 明确指定缓冲区大小：根据文件大小调整（通常 8KB-64KB）

3. 使用 try-with-resources：确保资源关闭，避免泄漏

4. 二进制文件使用字节流：文本文件考虑字符流（需处理编码）

5. 大文件分块处理：避免一次性加载到内存

6. 序列化敏感字段标记 transient：防止敏感数据写入磁盘

7. NIO 处理高性能场景：如 Files.copy() 或 FileChannel