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Java 的 IO 很复杂？用思路带领你去battle他！

發布時間：2025/1/21 java 26 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 Java 的 IO 很复杂？用思路带领你去battle他！小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

所有編程語言都涉及IO，java也不例外。

初學者入門Java，難理解是正常的，包括我。

簡單的說：IO就是和Java以外的文件打交道。

既然要處理文件，那么就需要Java提供的IO接口進行處理：

- Input指從外部讀入數據到內存

- Output指把數據從內存輸出到外部

要掌握Java的IO，核心就是：選擇合適的IO流讀寫文件。

以下是Java硬核的IO技術文介紹，希望可以幫到學習IO的小伙伴：

1、什么是IO

I/O 是指Input/Output，即輸入和輸出。

Input指從外部讀入數據到內存，例如，把文件從磁盤讀取到內存，從網絡讀取數據到內存等等。
Output指把數據從內存輸出到外部，例如，把數據從內存寫入到文件，把數據從內存輸出到網絡等等。

Java程序在執行的時候，是在內存進行的，外部的數據需要讀寫到內存才能處理；而在內存中的數據是隨著程序結束就消失的，有時候我們也需要把數據輸出到外部文件。

Java中，是通過流處理IO的，這種處理模式稱為 IO流，IO流是一種順序讀寫數據的模式。

你可以想象它是一根水管，數據就像水一樣， 起點—終點 可互相流動。

1.1、流的特點：

先進先出：最先寫入輸出流的數據最先被輸入流讀取到。

順序存取：可以一個接一個地往流中寫入一串字節，讀出時也將按寫入順序讀取一串字節，不能隨機訪問中間的數據。（RandomAccessFile除外）

只讀或只寫：每個流只能是輸入流或輸出流的一種，不能同時具備兩個功能，輸入流只能進行讀操作，對輸出流只能進行寫操作。在一個數據傳輸通道中，如果既要寫入數據，又要讀取數據，則要分別提供兩個流。

1.2、IO流的分類

1.1.1、按方向分

按數據流的方向分為 輸入流、輸出流，是相對內存來說的。

輸入流：從外部（數據源）把數據輸入到程序（內存）。
輸出流：把程序的數據（內存）輸出到外部（數據源）。

1.1.2、按處理數據類型分

按處理的數據類型可分為 字節流、字符流

1字符 = 2字節、 1字節(byte) = 8位(bit)

字節流：每次讀（寫）一個字節，當傳輸的資源文件有中文時，就會出現亂碼，讀寫的單位是byte，在InputStream/OutputStream中單向流動
字符流：每次讀取(寫出)兩個字節，有中文時，使用該流就可以正確傳輸顯示中文，讀寫的單位是char，在Reader/Writer中單向流動

字節流和字符流的原理是相同的，只不過處理的單位不同而已。后綴是Stream是字節流，而后綴是Reader，Writer是字符流。

為什么要有字符流？

Java中字符是采用Unicode標準，Unicode 編碼中，一個英文為一個字節，一個中文為兩個字節。但是編碼不同，中文字符占的字節數不一樣，而在UTF-8編碼中，一個中文字符是3個字節。

如果統一使用字節流處理中文，因為讀寫是一個字節一個字節，這樣就會對中文字符有影響，就會出現亂碼。

為了更方便地處理中文這些字符，Java就推出了字符流。

字節流和字符流的其他區別：

字節流一般用來處理圖像、視頻、音頻、PPT、Word等類型的文件。字符流一般用于處理純文本類型的文件，如TXT文件等，但不能處理圖像視頻等非文本文件。

用一句話說就是：字節流可以處理一切文件，而字符流只能處理純文本文件。

字節流本身沒有緩沖區，緩沖字節流相對于字節流，效率提升非常高。而字符流本身就帶有緩沖區，緩沖字符流相對于字符流效率提升就不是那么大了。

1.1.3、按功能分

按功能不同分為 節點流、處理流

節點流：以從或向一個特定的地方（節點）讀寫數據。如FileInputStream
處理流：是對一個已存在的流的連接和封裝，通過所封裝的流的功能調用實現數據讀寫。如BufferedReader。處理流的構造方法總是要帶一個其他的流對象做參數。一個流對象經過其他流的多次包裝.

1.1.4、按有無緩沖分

還有一種流是緩沖流，區別于沒有緩沖的流。

因為程序和內存交互很快，而程序和磁盤交互是很慢的，這樣會導致程序出現性能問題。

為了減少程序與磁盤的交互，是提升程序效率，引入了緩沖流。

普通流每次讀寫一個字節，而緩沖流在內存中設置一個緩存區，緩沖區先存儲足夠的待操作數據后，再與內存或磁盤進行交互。這樣，在總數據量不變的情況下，通過提高每次交互的數據量，減少了交互次數。

有緩沖的流，類名前綴是帶有Buffer的，比如BufferedInputStream、BufferedReader

2、Java IO 流對象詳解

以上說了這么多流，看起來很復雜，但其實只需要記住以下四種流即可：

這四個都是抽象類，都位于 java.io 包目錄。

我們平時使用流去處理數據，都是通過這四個流的子類展開的。

挑一些常用的放在下面一一講解。

2.1、InputStream ——字節流輸入流

InputStream 這個抽象類是表示以上輸入字節流的所有類的超類（父類）。

InputStream 中的三個基本的讀方法：

abstract int read() ：讀取一個字節數據，并返回讀到的數據，如果返回 -1，表示讀到了輸入流的末尾。
int read(byte[] b) ：將數據讀入一個字節數組，同時返回實際讀取的字節數。如果返回-1，表示讀到了輸入流的末尾。
int read(byte[] b, int off, int len) ：將數據讀入一個字節數組，同時返回實際讀取的字節數。如果返回 -1，表示讀到了輸入流的末尾。off 指定在數組 b 中存放數據的起始偏移位置；len 指定讀取的最大字節數。

read()方法如果已讀到末尾，返回-1表示不能繼續讀取了。

InputStream 的子類有：

ByteArrayInputStream
FileInputStream
FilterInputStream
PushbackInputStream
DataInputStream
BufferedInputStream
LineNumberInputStream
ObjectInputStream
PipedInputStream
SequenceInputStream
StringBufferInputStream

這么多子類不需要每一個都記住，只需要記住兩個：

FileInputStream

FileInputStream是文件字節輸入流，就是對文件數據以字節的方式來處理，如音樂、視頻、圖片等。

BufferedInputStream

使用方式基本和FileInputStream一致。

BufferedInputStream有一個內部緩沖區數組，一次性讀取較多的字節緩存起來，默認讀取defaultBufferSize = 8192，作用于讀文件時可以提高性能。

2.2、OutputStream——字節輸出流

OutputStream 是相對 InputStream 的，既然有輸入就有輸出。OutputStream 這個抽象類是表示以上輸出字節流的所有類的超類（父類）。

OutputStream 中的三個基本的寫方法：

abstract void write(int b)：往輸出流中寫入一個字節。
void write(byte[] b) ：往輸出流中寫入數組b中的所有字節。
void write(byte[] b, int off, int len) ：往輸出流中寫入數組 b 中從偏移量 off 開始的 len 個字節的數據。

其它重要方法：

void flush() ：刷新輸出流，強制緩沖區中的輸出字節被寫出。
void close() ：關閉輸出流，釋放和這個流相關的系統資源。

OutputStream 的子類有：

ByteArrayOutputStream
FileOutputStream
FilterOutputStream
BufferedOutputStream
DataOutputStream
PrintStream
ObjectOutputStream
PipedOutputStream

StringBufferInputStream 和 StringBufferInputStream 已經過時了，這里不介紹了

FileOutputStream、BufferedOutputStream 和 FileInputStream、BufferedInputStream 是相對的。

2.3、Reader——字符輸入流

Reader 是所有的輸入字符流的父類，它是一個抽象類。

常見的子類有：

BufferedReader
LineNumberReader
CharArrayReader
FilterReader
PushbackReader
InputStreamReader
FileReader
PipedReader
StringReader

總結：

BufferedReader 很明顯就是一個裝飾器，它和其子類負責裝飾其它 Reader 對象。

InputStreamReader 是一個連接字節流和字符流的橋梁，它將字節流轉變為字符流。

Reader 基本的三個讀方法（和字節流對應）：

(1) public int read() throws IOException; 讀取一個字符，返回值為讀取的字符。

(2) public int read(char cbuf[]) throws IOException; 讀取一系列字符到數組 cbuf[]中，返回值為實際讀取的字符的數量。

(3) public abstract int read(char cbuf[],int off,int len) throws IOException; 讀取 len 個字符，從數組 cbuf[] 的下標 off 處開始存放，返回值為實際讀取的字符數量，該方法必須由子類實現。

2.4、Writer——字符輸出流

Writer 是所有的輸出字符流的父類，它是一個抽象類。

常見的子類有：

BufferedWriter
CharArrayWriter
FilterWriter
OutputStreamWriter
FileWriter
PipedWriter
PrintWriter
StringWriter

總結：

OutputStreamWriter 是 OutputStream 到 Writer 轉換的橋梁，它的子類 FileWriter 其實就是一個實現此功能的具體類。

BufferedWriter 是一個裝飾器為 Writer 提供緩沖功能。

writer 的主要寫方法：

public void write(int c) throws IOException； //寫單個字符

public void write(char cbuf[]) throws IOException； //將字符數組 cbuf[] 寫到輸出流。

public abstract void write(char cbuf[],int off,int len) throws IOException； //將字符數組cbuf[]中的從索引為off的位置處開始的len個字符寫入輸出流。

public void write(String str) throws IOException； //將字符串str中的字符寫入輸出流。

public void write(String str,int off,int len) throws IOException； //將字符串 str 中從索引 off 開始處的 len 個字符寫入輸出流。

3、使用方法

3.1、FileOutputStream寫文件、FileInputStream讀文件

分別為單個字節寫、字節數字寫、單個字節讀取、字節數組讀取、一次性讀取：

public class OutputStreamTest {public static void main(String[] args) throws IOException {writeFile(); //單個字節寫、字節數字寫readFile1();//單個字節讀取readFile2();//字節數組讀取readFile3();//一次性讀取} ?static void writeFile() throws IOException {//1、第一種方法寫，單個字節寫//會自動創建文件，目錄不存在會報錯， true 表示追加寫，默認是falseFileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("F:\\hello.txt", false);//往文件里面一個字節一個字節的寫入數據fileOutputStream.write((int) 'H');fileOutputStream.write((int) 'a');fileOutputStream.write((int) 'C'); ?//2、第二種方法寫字節數組寫String s = " HelloCoder";//入文件里面一個字節數組的寫入文件，文件為UTF_8格式fileOutputStream.write(s.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));//刷新流fileOutputStream.flush();//關閉流fileOutputStream.close();} ?static void readFile1() throws IOException {//1、第一種讀的方法，但字節讀System.out.println("------一個字節讀------");//傳文件夾的名字來創建對象FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("F:\\hello.txt");int by = 0;//一個字節一個字節的讀出數據while ((by = fileInputStream.read()) != -1) {System.out.print((char) by);}//關閉流fileInputStream.close();} ?static void readFile2() throws IOException {//2、第二種讀的方法，字節數組讀System.out.println();System.out.println("------字節數組讀------");FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("F:\\hello.txt");//通過File對象來創建對象fileInputStream = new FileInputStream(new File("F:\\hello.txt"));int by = 0;byte[] bytes = new byte[10];//一個字節數組的讀出數據，高效while ((by = fileInputStream.read(bytes)) != -1) {for (int i = 0; i < by; i++) {System.out.print((char) bytes[i]);}}//關閉流fileInputStream.close();} ?static void readFile3() throws IOException {//3、第三種讀方法，一次性讀System.out.println();System.out.println("------一次性讀文件------");FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("F:\\hello.txt");fileInputStream = new FileInputStream(new File("F:\\hello.txt"));//一次性讀文件int iAvail = fileInputStream.available();int by = 0;byte[] bytesAll = new byte[iAvail];while ((by = fileInputStream.read(bytesAll)) != -1) {for (int i = 0; i < by; i++) {System.out.print((char) bytesAll[i]);}}fileInputStream.close();} }

輸出：

------一個字節讀------ HaC HelloCoder ------字節數組讀------ HaC HelloCoder ------一次性讀文件------ HaC HelloCoder

這里介紹了三種方法讀一個文件，詳細的介紹都寫在了注釋里。

?? 字符串如果包含中文，就會出現亂碼，這是因為FileOutputStream是字節流，將文本按字節寫入。

3.2、FileWriter寫文件、FileReader讀文件

分別為字符串寫、單字符讀、字符數組讀：

public class ReaderTest {public static void main(String[] args) throws IOException {write(); //字符串寫read1();//read2();//} ?static void write() throws IOException {FileWriter fileWriter = new FileWriter("F:\\Hello1.txt");//為防止亂碼，可以這樣寫，字符流和字節流互轉 // Writer fileWriter = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter( // new FileOutputStream("F:\\Hello1.txt"), StandardCharsets.UTF_8));fileWriter.write("今天打工你不狠，明天地位就不穩\n" +"今天打工不勤快，明天社會就淘汰");// 如果沒有刷新，也沒有關閉流的話數據是不會寫入文件的fileWriter.flush();fileWriter.close();} ?static void read1() throws IOException {System.out.println("------一個一個char讀-------");FileReader fileReader = new FileReader("F:\\Hello1.txt");int ch = 0;String str = "";//一個一個char讀while ((ch = fileReader.read()) != -1) {str += (char) ch;}System.out.println(str);} ?static void read2() throws IOException {System.out.println("------char數組[]讀-------");FileReader fileReader = new FileReader(new File("F:\\Hello1.txt"));int len = 0;char[] chars = new char[10];while ((len = fileReader.read(chars)) != -1) {//這種讀有誤 // System.out.print(new String(chars));System.out.print((new String(chars, 0, len)));}fileReader.close();} }

輸出：

------一個一個char讀------- 今天打工你不狠，明天地位就不穩今天打工不勤快，明天社會就淘汰 ------char數組[]讀------- 今天打工你不狠，明天地位就不穩今天打工不勤快，明天社會就淘汰

FileWriter、FileReader 可以用來讀寫一個含中文字符的文件。

注意點：

1、流轉換

// Writer fileWriter = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter( ? // new FileOutputStream("F:\\Hello1.txt"), StandardCharsets.UTF_8));

這里其實是把字節流轉換為字符流，用來解決亂碼。

2、讀的位置

這里的寫法需要注意，因為這里讀寫是一次性讀10個char類型的字符，如果換成以下

int len = 0; char[] chars = new char[10]; while ((len = fileReader.read(chars)) != -1) {//不能這樣寫System.out.print(new String(chars));//System.out.print((new String(chars, 0, len))); }

則輸出：

------char數組[]讀------- 今天打工你不狠，明天地位就不穩今天打工不勤快，明天社會就淘汰勤快，明天社會就淘

可以看到輸出不正確，因為一次性讀10個char，

第一次讀的是今天打工你不狠，明天

第二次讀的是地位就不穩\n今天打工

第三次讀的是不勤快，明天社會就淘

第四次輸出是汰勤快，明天社會就淘，其實這一次它只讀了汰一個字符，其中勤快，明天社會就淘是上一個數組的內容，因為它是已存在在數組的舊數據。

所以需要new String(chars, 0, len) ，len 是這次讀到的字符長度，只需要截取這次的字符即可。

以上這兩個例子中，還需要注意的幾個地方：

1、只有在寫文件的時候才需要flush()方法，而讀是不需要的。

2、讀、寫完畢都需要調用close() 方法關閉流。

3、單個字節、字符讀寫效率較慢，建議使用字節、字符數組讀取。

3.3、BufferedInputStream、BufferedOutputStream 緩沖字節流

BufferedInputStream 是帶緩沖區的，在復制、移動文件操作會快一點。

建議使用緩沖字節流這不是普通字節流，但構造方法入參還是InputStream和OutputStream。

Java使用IO 讀取文件時，會進入核心態，在調用驅動進行IO，本身就會緩存在系統級別的，當你第二次讀取時，會由用戶態進入核心態，讀取系統緩存。BufferedInputStream就一次性讀取較多，緩存起來。

這樣下次就從緩存中讀，而不用在用戶態和核心態之間切換，從而提升效率。

eg：

public class InputStrem與BufferenInputStream復制文件 {public static void main(String[] args) throws IOException {useInputStreamCopyFile(); //緩沖流復制文件useBufferenInputStream(); //普通流復制文件} ?static void useInputStreamCopyFile() throws IOException {File file = new File("F:\\楊超越.png");InputStream is = new FileInputStream(file); ?File file2 = new File("F:\\楊超越_copy.png");OutputStream os = new FileOutputStream(file2);int len = 0;byte[] bytes = new byte[1024];while ((len = is.read(bytes)) != -1) {os.write(bytes);}is.close();os.close();} ?static void useBufferenInputStream() throws IOException {BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("F:\\楊超越.png"));BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("F:\\楊超越_copy2.png"));int len = 0;byte[] bytes = new byte[1024];while ((len = bis.read(bytes)) != -1) {bos.write(bytes, 0, len);}bos.close();bis.close();} }

結果輸出：

3.4、BufferedReader、BufferedWriter 字符緩沖流

BufferedReader 有一個好處，就是它提供了readline()、newLine()方法，可以按行讀取文件。

eg：

public class BufferedReaderTest {public static void main(String[] args) throws IOException {useInputStreamCopyFile(); //這種方法適用于任何文件//下面兩種方法copy的文件變大了，因為是使用字符流處理的useBufferedReaderCopyFile(); //這種方法只適用于字符文件useFileReaderCopyFile(); //這種方法一步到位，只適用于字符文件}static void useInputStreamCopyFile() throws IOException {File file = new File("F:\\Hello1.txt");InputStream is = new FileInputStream(file);File file2 = new File("F:\\Hello1_copy1.txt");OutputStream os = new FileOutputStream(file2);int len = 0;byte[] bytes = new byte[1024];while ((len = is.read(bytes)) != -1) {os.write(bytes, 0, len);}is.close();os.close();}static void useBufferedReaderCopyFile() throws IOException {File file = new File("F:\\Hello1.txt");InputStream is = new FileInputStream(file);Reader reader = new InputStreamReader(is);//創建字符流緩沖區，BufferedReader 的構造入參是一個 ReaderBufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(reader);File file2 = new File("F:\\Hello1_copy2.txt");OutputStream os = new FileOutputStream(file2);Writer writer = new OutputStreamWriter(os);//創建字符流緩沖區，BufferedWriter 的構造入參是一個 WriterBufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(writer);String line = null;//readLine()方法是根據\n 換行符讀取的while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) {bufferedWriter.write(line);//這里要加換行bufferedWriter.newLine();}bufferedReader.close();bufferedWriter.close();}static void useFileReaderCopyFile() throws IOException {//使用FileReader、FileWriter 一步到位Reader reader = new FileReader("F:\\Hello1.txt");BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(reader);Writer writer = new FileWriter("F:\\Hello1_copy3.txt");BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(writer);String line = null;while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) {bufferedWriter.write(line);bufferedWriter.newLine();}bufferedReader.close();bufferedWriter.close();} }

4、close() 與flush()

先上個例子：

public class FlushTest {public static void main(String[] args) throws IOException {FileReader fileReader = new FileReader("F:\\Hello1.txt"); //大文件FileWriter fileWriter = new FileWriter("F:\\Hello2.txt");int readerCount = 0;//一次讀取1024個字符char[] chars = new char[1024];while (-1 != (readerCount = fileReader.read(chars))) {fileWriter.write(chars, 0, readerCount);}} }

這里并沒有調用close()方法。

close()方法包含flush()方法，即close會自動flush

結果：

可以看到，復制的文件變小了。

明顯，數據有丟失，丟失的就是緩沖區“殘余”的數據。

在計算機層面，Java對磁盤進行操作，IO是有緩存的，并不是真正意義上的一邊讀一邊寫，底層的落盤（數據真正寫到磁盤）另有方法。

所以，最后會有一部分數據在內存中，如果不調用flush()方法，數據會隨著查詢結束而消失，這就是為什么數據丟失使得文件變小了。

BufferedOutputStream、BufferedFileWriter 同理

再舉個例子：

class FlushTest2{public static void main(String[] args) throws IOException {FileWriter fileWriter = new FileWriter("F:\\Hello3.txt");fileWriter.write("今天打工你不狠，明天地位就不穩\n" +"今天打工不勤快，明天社會就淘汰");} }

不調用flush()方法你會發現，文件是空白的，沒有把數據寫進來，也是因為數據在內存中而不是落盤到磁盤了。

所以為了實時性和安全性，IO在寫操作的時候，需要調用flush()或者close()

close() 和flush()的區別：

關close()是閉流對象，但是會先刷新一次緩沖區，關閉之后，流對象不可以繼續再使用了，否則報空指針異常。
flush()僅僅是刷新緩沖區，準確的說是"強制寫出緩沖區的數據"，流對象還可以繼續使用。

總結一下：

Java的IO有一個緩沖區的概念，不是Buffer概念的緩沖區。

如果是文件讀寫完的同時緩沖區剛好裝滿 , 那么緩沖區會把里面的數據朝目標文件自動進行讀或寫（這就是為什么總剩下有一點沒寫完） , 這種時候你不調用close()方法也0不會出現問題 ;

如果文件在讀寫完成時 , 緩沖區沒有裝滿，也沒有flush()，這個時候裝在緩沖區的數據就不會自動的朝目標文件進行讀或寫 , 從而造成緩沖區中的這部分數據丟失 , 所以這個是時候就需要在close()之前先調用flush()方法 , 手動使緩沖區數據讀寫到目標文件。

舉個很形象的例子加深理解：

我從黃桶（讀）通過水泵（管道）把水抽到綠桶（寫），水管就相當于緩沖區，當我看到黃桶水沒有了，我立馬關了水泵，但發現水管里還有水沒有流到綠桶，這些殘留的水就相當于內存中丟失的數據。

如果此時我再把水泵打開，此時水管里面丟失的水（丟失的數據）又流到了綠桶，這就相當于調用了flush()方法。

5、總結

寫了這么多，IO確實是挺復雜的，一般的業務需求是讀寫文件，其實更多的是生成文件、復制文件、移動文件。所以如何選擇IO流，是需要我們掌握的。

1、字節流是原生的操作，字符流是經過處理后的操作。

輸入：Reader, InputStream類型的子類

輸出：Writer, OutputStream類型的子類

2、字節流一般用來處理圖像、視頻、音頻、PPT、Word等類型的文件。字符流一般用于處理純文本類型的文件，如TXT文件等，但不能處理圖像視頻等非文本文件。