Java IO 概述

最新推荐文章于 2025-04-30 08:39:22 发布

Yvemil99

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在软件开发中，IO（Input/Output）操作是一个重要的概念，几乎贯穿所有应用的开发过程。IO用于在程序与外部世界之间传递数据，例如读取文件、写入数据、网络通信等。本篇文章将详细介绍Java中IO的基本概念、类别、核心类、常见用法及性能优化。

1. 什么是IO？

IO指的是输入（Input）和输出（Output）操作。它是程序与外部数据交换的桥梁。具体表现为：

输入：从外部数据源（如文件、网络、键盘等）读取数据到程序。
输出：将数据从程序写入到外部目标（如文件、屏幕、网络等）。

在Java中，IO的操作本质是对数据流（Stream）的处理。

2. Java IO 分类

Java中的IO主要分为两大类：

2.1 按数据单位分类

字节流（Byte Stream）：以字节为单位处理数据，适合处理二进制数据，如图片、音频、视频等。
- 核心类：InputStream、OutputStream
字符流（Character Stream）：以字符为单位处理数据，适合处理文本数据。
- 核心类：Reader、Writer

2.2 按流向分类

输入流（Input Stream/Reader）：用于从数据源读取数据。
输出流（Output Stream/Writer）：用于向目标写入数据。

2.3 按功能分类

节点流（Node Stream）：直接操作数据源或目标的流。
处理流（Processing Stream）：对节点流或其他处理流进行包装，实现功能增强。

3. Java IO 核心类

3.1 字节流

输入流 - `InputStream`

InputStream是字节输入流的抽象类，常见实现有：

FileInputStream：从文件读取字节数据。
BufferedInputStream：带缓冲区的输入流，提高读取性能。
ByteArrayInputStream：从字节数组读取数据。

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

输出流 - `OutputStream`

OutputStream是字节输出流的抽象类，常见实现有：

FileOutputStream：向文件写入字节数据。
BufferedOutputStream：带缓冲区的输出流，提高写入性能。
ByteArrayOutputStream：将数据写入字节数组。

try (OutputStream outputStream = new FileOutputStream("example.txt")) {
    String data = "Hello, IO!";
    outputStream.write(data.getBytes());
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

3.2 字符流

输入流 - `Reader`

Reader是字符输入流的抽象类，常见实现有：

FileReader：从文件读取字符数据。
BufferedReader：带缓冲区的字符输入流，支持按行读取。

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

输出流 - `Writer`

Writer是字符输出流的抽象类，常见实现有：

FileWriter：向文件写入字符数据。
BufferedWriter：带缓冲区的字符输出流。

try (BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter("example.txt"))) {
    writer.write("Hello, IO!");
    writer.newLine();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

4. NIO 简介

Java NIO（New IO）是Java 1.4引入的新IO框架，主要特点是基于缓冲区和通道的非阻塞IO。相较于传统IO，它性能更高，适合高并发场景。

NIO核心组件

缓冲区（Buffer）：数据容器，存储读写数据。
通道（Channel）：数据传输的通道。
选择器（Selector）：管理多个通道，用于非阻塞IO操作。

5. 常见IO操作场景

5.1 文件拷贝

try (InputStream in = new FileInputStream("source.txt");
     OutputStream out = new FileOutputStream("target.txt")) {
    byte[] buffer = new byte[1024];
    int length;
    while ((length = in.read(buffer)) > 0) {
        out.write(buffer, 0, length);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

5.2 数据序列化

try (ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("data.obj"))) {
    out.writeObject(new Person("John", 30));
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

5.3 网络通信

try (Socket socket = new Socket("example.com", 80);
     OutputStream out = socket.getOutputStream()) {
    out.write("GET / HTTP/1.1\r\nHost: example.com\r\n\r\n".getBytes());
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}