Java IO流

Java IO流：核心概念、使用场景与代码示例

Java IO流是处理输入/输出的核心机制，基于装饰器模式设计，支持灵活组合。以下内容结合核心概念、使用场景及真实代码示例，涵盖字节流、字符流、缓冲流等关键组件。

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一、Java IO流分类与使用场景

分类	核心类	使用场景	特点
字节流	InputStream/OutputStream	二进制文件（图片、视频、压缩包）	以字节为单位操作，不处理编码
字符流	Reader/Writer	文本文件（.txt、.csv、日志）	以字符为单位，自动处理编码（如UTF-8）
缓冲流	BufferedInputStream等	大文件读写、高频I/O操作	减少磁盘I/O次数，提升性能
转换流	InputStreamReader/OutputStreamWriter	字节流与字符流的桥梁	可指定字符编码（如StandardCharsets.UTF_8）
对象流	ObjectInputStream/ObjectOutputStream	序列化对象存储或传输	需实现Serializable接口

选择原则：

• 二进制数据 → 字节流
• 文本数据 → 字符流（优先用缓冲流包装）
• 跨编码场景 → 转换流

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二、核心类使用示例

1. 字节流读写文件（二进制操作）

import java.io.*;

public class ByteStreamDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用try-with-resources自动关闭流（避免内存泄漏）
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.jpg");
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.jpg")) {
            
            byte[] buffer = new byte[8192];  // 8KB缓冲区（优化性能）
            int bytesRead;
            while ((bytesRead = fis.read(buffer)) != -1) {
                fos.write(buffer, 0, bytesRead);  // 写入读取的字节
            }
            System.out.println("文件复制完成！");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

• 场景：图片/视频复制
• 优化点：缓冲区设为8192字节（磁盘块大小倍数）减少I/O次数

2. 字符流读写文本（带缓冲）

import java.io.*;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class CharStreamDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(
                new InputStreamReader(
                    new FileInputStream("input.txt"), StandardCharsets.UTF_8));  // 指定UTF-8编码
             BufferedWriter writer = new BufferedWriter(
                new FileWriter("output.txt"))) {
            
            String line;
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                writer.write(line);  // 逐行读写
                writer.newLine();    // 换行符适配操作系统
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

• 场景：日志文件处理、CSV解析
• 关键点：
  • BufferedReader加速读取（readLine()效率高）
  • 指定编码避免乱码（StandardCharsets.UTF_8）

3. 对象序列化与反序列化

import java.io.*;

class User implements Serializable {  // 必须实现Serializable
    private String name;
    public User(String name) { this.name = name; }
    @Override
    public String toString() { return "User: " + name; }
}

public class ObjectStreamDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 序列化对象到文件
        try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(
                new FileOutputStream("user.dat"))) {
            oos.writeObject(new User("Alice"));
        } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); }

        // 从文件反序列化对象
        try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(
                new FileInputStream("user.dat"))) {
            User user = (User) ois.readObject();
            System.out.println(user);  // 输出: User: Alice
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

• 场景：分布式系统数据传输、缓存存储

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三、性能优化与问题解决

大文件处理问题

问题	解决方案
内存溢出（OOM）	分块读取（固定缓冲区） + 流式处理
读写速度慢	使用BufferedInputStream/BufferedOutputStream
字符编码不一致	用InputStreamReader显式指定编码

优化示例（分块读取10GB文件）：

byte[] buffer = new byte[8192];  // 8KB缓冲区
int bytesRead;
while ((bytesRead = fis.read(buffer)) != -1) {
    // 处理每个分块（避免全加载到内存）
}

避免资源泄漏

• 必须关闭流！推荐 try-with-resources（Java 7+）：

  try (InputStream is = new FileInputStream("file")) {
      // 操作流
  }  // 自动调用close()
  

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四、Java IO vs. NIO

特性	Java IO	Java NIO
数据单位	流（Stream）	块（Buffer） + 通道（Channel）
阻塞模式	阻塞I/O（线程等待）	非阻塞/选择器（Selector）
适用场景	低并发、简单文件操作	高并发网络应用（如聊天服务器）

NIO示例场景：需同时处理数千连接的Web服务器。

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