详解字节流和字符流

最新推荐文章于 2025-04-20 11:05:45 发布

王先森的编程与世界

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分类专栏： java 文章标签： java

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本文详细阐述了字节流和字符流的概念，字节流包括InputStream和OutputStream，字符流涵盖Reader和Writer。字符流使用缓冲区，如CharArrayReader和StringReader，而字节流如FileInputStream和FileOutputStream则直接操作文件。两者在处理数据格式、数据来源、是否需要格式化输出、是否需要缓冲、输入输出类型以及流转化等方面存在区别。在选择使用场景时，要考虑数据是否为纯文本、是否需要缓冲和格式化等条件。

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一、明确字符和字节的概念

字节：1 byte = 8 bit
字符：1 char = 2 byte = 16 bit（java默认）

在计算机硬件层面，1 bit 是数据最小的单位。但是在大多数情况下，1 bit 存储的信息太少，我们通常把 1 字节作为数据最小的基本单位。

而字符实际上也是对字节的一种包装，那为什么还需要引入字符？
对于西方世界，使用英语等语种的国家来说，1字节有 256个符号编码，对于26个英文字母加上常用的标点符号已经够用了。这就是常用的ASCII 码。
但是对于东方国家，中文，日文等文字，数量太多，1个字节根本没有办法表示所有的字符，所以引入了Unicode —— 统一编码，而这种编码的常规字符集就是使用2个字节，所以引入了字符的概念。

但是，从根本而言，一切都是字节流，字符流也是字节流的一种形式。

二、关于 java中字节流和字符流

2.1 字节流，字符流概念

Java中，读取数据时，字节流的数据存储单位是字节，会使用字节类型数组 byte[] 来保存数据，可以操作字节，字节数组。
而字符流的存储单位是字符，使用字符类数组 char[] 来保存数据，可以操作字符，字符数组或字符串。

2.2 java中的字节流，字符流相关API

Java 的I/O库有两个分支：

面向字节流的InputSteam和OutputStream
面向字符的Reader 和 wirter

ByteArrayInputStream – 把内存中的一个缓冲区作为 InputStream 使用 .
StringBufferInputStream – 把一个 String 对象作为 InputStream .
FileInputStream – 把一个文件作为 InputStream ，实现对文件的读取操作
PipedInputStream ：实现了 pipe 的概念，主要在线程中使用 . 管道输入流是指一个通讯管道的接收端。
一个线程通过管道输出流发送数据，而另一个线程通过管道输入流读取数据，这样可实现两个线程间的通讯。
SequenceInputStream ：把多个 InputStream 合并为一个 InputStream . “序列输入流”类允许应用程序把几个输入流连续地合并起来，
并且使它们像单个输入流一样出现。每个输入流依次被读取，直到到达该流的末尾。

ByteArrayOutputStream ：把信息存入内存中的一个缓冲区中 . 该类实现一个以字节数组形式写入数据的输出流。
FileOutputStream: 文件输出流是向 File 或 FileDescriptor 输出数据的一个输出流。
PipedOutputStream: 管道输出流是指一个通讯管道的发送端。一个线程通过管道输出流发送数据，
而另一个线程通过管道输入流读取数据，这样可实现两个线程间的通讯。

CharArrayReader ：与 ByteArrayInputStream 对应此类实现一个可用作字符输入流的字符缓冲区
StringReader ：与 StringBufferInputStream 对应其源为一个字符串的字符流。
FileReader ：与 FileInputStream 对应
PipedReader ：与 PipedInputStream 对应

CharArrayWrite ：与 ByteArrayOutputStream 对应
StringWrite ：无与之对应的以字节为导向的 stream
FileWrite ：与 FileOutputStream 对应
PipedWrite ：与 PipedOutputStream 对应

2.3 字符流，字节流API的使用

字节流示例

//字节流写文件
public static void writeFile(){
    String str = "采用数据流方式（字节流）写文件！";
    try{
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("D://hello.txt",true));
        //需要转化为字节
        byte[] data = str.getBytes();
        bos.write(data);
        bos.close();
    }catch (FileNotFoundException e){
        e.printStackTrace();
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}
//字节流读文件
public static void readFile(){
    try {
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("D://hello.txt"));
        byte[] data = new byte[1024];
        int n = -1;
        while((n=bis.read(data,0,data.length))!=-1){
            String str = new String(data,0,n,"UTF-8");
            System.out.println(str);
        }
    } catch (FileNotFoundException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }

字符流示例

//字符流写文件
public static void writeFile(){
    File file = new File("D:\\hello.txt");
    String str = " hello, everybody! welcome to the study of Java!";
    try{
        FileWriter fw = new FileWriter(file);
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(fw);
        bw.write(str);
        bw.close();
        fw.close();
    }catch(IOException e){
        e.printStackTrace();
    }
}
//字符流读文件
public static void readerFile(){
    File file = new File("D:\\hello.txt");
    try{
        BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(file));

        String str = null;
        while( (str = br.readLine()) != null){
            System.out.println(str);
        }
        br.close();
    }catch(FileNotFoundException e){
        e.printStackTrace();
    }catch(IOException e){
        e.printStackTrace();
    }
}

三、字节流和字符流的区别

字节流和字符流的区别:

字节流在操作文件时，本身不会用到缓冲区（内存），是对文件本身直接操作的；而字符流在操作时是使用到缓冲区的。
字节流在操作文件时，即使不关闭资源（close）文件也能输出；字符流如果不是用close方法的话，则不会输出任何内容，说明字符流使用了缓冲区。且可以使用flush方法强制进行刷新缓冲区，此时在不close情况下也能输出内容。
Reader类的read()方法返回类型是int，占两个字节，如果到达流的末尾，则返回-1；inputStream的read()方法虽然也返回int，打算面向字节流，占一个字节。因此对于超过一个字节的只能使用字符流来读取，如汉字。
处理方式不同；字节流：处理字节和字节数组成的二进制对象。
字符流：处理字符，字符数或字符串。

注：缓冲区是什么？？
缓冲区可以理解为一段特殊的内存。
在某些情况下，如果程序频繁操作一个资源，则性能会很低，为了提升性能，可以将这部分数据暂时读入内存的一块区域，之后就可以直接从内存中读取数据，提升速度和性能。