Java API：5. IO Stream

最新推荐文章于 2026-01-05 17:06:32 发布

原创

最新推荐文章于 2026-01-05 17:06:32 发布 · 926 阅读

20 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#java #开发语言

1. 相对论理解 I/O 流

**输入/输出流（I/O Stream）**是计算机程序中的核心概念之一，它涉及到数据的读取（输入）和写入（输出）。为了更好地理解I/O流的工作原理，我们可以借助物理学中的相对论和流体流动来做比喻。

I/O 流的基本概念

在字面上，Stream指的是具有方向性的流动，如水流、电流等，它强调的是过程。在计算机中，I/O流通常指的是数据在计算机中从输入源（如键盘、文件等）流向输出目标（如屏幕、文件等）的一种过程。

相对论视角下的 I/O 流

从相对论的角度来看，I/O流的输入与输出具有相对性。不同的参照系会导致不同的流动方向和定义：

冬季旱季的流动

：
- 假设我们站在支流的角度，支流中的水从支流流出，进入大江（如长江）。这里，支流是“输出”的源头，长江是“输入”的目标。
夏季雨季的流动

：
- 当进入雨季时，支流可能变成了接收的源头，反过来，长江的水流将从大江流向支流，这时候长江变成了输出源，支流变成了输入目标。

类比到 I/O 流：

输入流（Input Stream）：就像支流对长江来说，是一个“输入”源。计算机中的输入流指的是从外部设备（如文件、键盘、网络）读取数据的过程。
输出流（Output Stream）：类似于长江输出水流的过程，输出流是将数据从程序写入外部设备（如屏幕、文件、网络）的过程。

管道的角色

就像流体流动需要管道来引导水流一样，I/O流也需要管道来传递数据。管道可以是文件流、网络流、缓冲流等，它们为数据流动提供了“通道”。

参照系的选择

谁是输入，谁是输出

：在不同的程序设计环境和任务中，输入和输出的角色是相对的。就像你可以选择站在支流或长江的角度看待水的流动一样，数据的来源和去向也依赖于你的视角。
- 输入流：表示从外部源读取数据（比如从文件中读取数据）。
- 输出流：表示将数据写入到外部目标（比如将数据写入文件）。

总结：

I/O流是一个双向的过程，正如流体流动在不同环境下的表现那样，输入和输出是相对的，取决于程序的需求和任务。理解了这个类比，可以帮助我们更好地理解计算机中的I/O流动。

3. 图解 I/O 流

I/O 流的核心在于数据在程序与外部设备之间的流动，站在不同的视角，输入和输出的方向是不同的。为了更清楚地理解 I/O 流动，我们可以通过图示的方式来帮助理解。

1. 写数据（Program → Data）

图示：

Program  --->  Data
(Write data)   (Input to data source)

说明：
- 程序向数据源写数据。从程序的角度，数据是从程序流向数据源（如文件、数据库、网络等）。这时程序执行的是写操作，数据源执行的是输入操作。
- 这个过程称为“输出”（output），因为程序将数据输出到外部设备或文件系统。对于外部数据源来说，这就是输入（input）。
示例：
- 程序通过文件输出流将数据写入文件中。
- 程序通过网络连接将信息发送到服务器。

2. 读数据（Data → Program）

图示：

Data  --->  Program
(Read data)   (Input to program)

说明：
- 数据从数据源流入程序。此时数据源（如文件、数据库、网络等）提供数据给程序。程序执行读取操作，而数据源执行输出操作。
- 这个过程被称为“输入”（input），因为程序正在从数据源读取数据。对于数据源而言，这时是输出（output），因为它将数据提供给程序。
示例：
- 程序通过文件输入流从文件中读取数据。
- 程序通过网络连接从服务器获取数据。

程序角度的理解：

从程序的角度来看，所有的操作都是围绕“输入”和“输出”进行的：

输出：当程序将数据传输到外部设备时，程序执行输出操作。
输入：当程序从外部设备获取数据时，程序执行输入操作。

然而，站在数据源的角度，输入和输出的角色是互换的。

数据源的输入：程序写入数据时，数据源是输入。
数据源的输出：程序读取数据时，数据源是输出。

总结：

I/O 流的核心概念就是数据流动的方向，程序与数据源之间的操作方向是相对的，取决于我们站在程序还是数据源的角度来看。

4. 俩亲爹：InputStream 和 OutputStream

在 Java 的 I/O 流中，InputStream 和 OutputStream 是两个非常重要的类，它们是所有字节流的父类，分别负责数据的输入和输出。

1. InputStream：数据读取的管理者

InputStream 是所有输入流的父类，专门负责读取数据。通过继承 InputStream 的子类（如 FileInputStream, BufferedInputStream 等），我们可以从各种数据源（如文件、网络、内存）中读取数据。

常用方法：
- int read()：从输入流中读取一个字节的数据，返回值是该字节的整数表示，读到文件末尾时返回 -1。
- int read(byte[] b)：将输入流中的字节读入一个字节数组。
- void close()：关闭流，释放资源。

示例：

FileInputStream fis = new FileInputStream("example.txt");
int data = fis.read();
while (data != -1) {
     
     
    System.out.print((char) data);
    data = fis.read();
}
fis.close();

2. OutputStream：数据写入的管理者

OutputStream 是所有输出流的父类，专门负责将数据写入目标设备。通过继承 OutputStream 的子类（如 FileOutputStream, BufferedOutputStream 等），我们可以将数据写入文件、网络等目标。

常用方法：
- void write(int b)：将一个字节的数据写入输出流。
- void write(byte[] b)：将字节数组的数据写入输出流。
- void close()：关闭流，释放资源。

示例：

FileOutputStream fos = new FileOutputStream("example.txt");
fos.write(65);  // 写入一个字节数据，ASCII 65对应字母 'A'
fos.close();

3. InputStream 与 OutputStream 的对比：

职责：
- InputStream 管理读取操作。
- OutputStream 管理写入操作。
数据方向：
- 在 InputStream 中，数据是从外部流向程序（输入）。
- 在 OutputStream 中，数据是从程序流向外部目标（输出）。

4. 继承结构：

InputStream 和 OutputStream 是许多具体输入流和输出流类的父类。通过它们，Java 提供了灵活的字节流处理方式。例如：

字节输入流：
- FileInputStream
- ByteArrayInputStream
- ObjectInputStream
字节输出流：
- FileOutputStream
- ByteArrayOutputStream
- ObjectOutputStream

总结：

InputStream 负责读取数据。
OutputStream 负责写入数据。
它们是 Java I/O 流的核心父类，其他字节流都继承自这两个类。

5. 使用 `FileInputStream` 进行字节流文件读取

FileInputStream 是 Java 中用于读取文件字节流的类。它用于从文件中读取数据流，适合读取原始字节数据（如图片、音频等）。以下是你提供的代码，使用 FileInputStream 逐字节读取文件内容并打印到控制台。

代码解析：

import org.junit.Test;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class DemoTest {
   
   
    @Test
    public void inputFile() throws IOException {
   
   
        // 创建FileInputStream对象，指定要读取的文件路径
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("file/1.txt");
        
        int filereading = 0;
        
        // 使用read()方法读取文件，直到文件末尾（返回-1）
        while(filereading != -1) {
   
   
            // .read()方法按字节读取文件内容，返回值是字节对应的整数。如果读取到的是文本文件，它会按ASCII码值返回字节。
            filereading = fileInputStream.read();
            
            // 将读取的字节值转换为字符并打印（char对应ASCII值）
            System.out.println((char)filereading);
        }
        
        // 关闭输入流，释放资源
        fileInputStream.close();
    }
}

代码详细解释：

FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("file/1.txt");
- 通过 FileInputStream 构造函数打开指定的文件 "file/1.txt"。请确保文件路径正确，且文件存在。
filereading = fileInputStream.read();
- read() 方法读取文件的下一个字节并返回它的值（对应于字节的 ASCII 值）。如果文件读取完毕，read() 返回 -1，表示文件结束。
System.out.println((char)filereading);
- 将读取到的字节值转换为字符并打印。由于 ASCII 字符编码，(char) 转换后显示为对应的字符。
fileInputStream.close();
- 使用完输入流后，必须调用 close() 方法关闭文件流，以释放系统资源。

注意事项：

字符编码： 上述代码按字节读取文件并直接转换为字符，适用于文本文件。如果是二进制文件（如图片、音频等），不应将其转换为字符，而应按字节处理。
文件路径： 文件路径 "file/1.txt" 应根据项目的目录结构调整。如果文件位于项目根目录下的 file 文件夹内，代码路径是正确的。
异常处理： 代码中的 throws IOException 说明了方法可能抛出 IOException，实际开发中可以使用 try-catch 捕获并处理异常。

优化建议：

为了提高性能，可以使用 BufferedInputStream 来包装 FileInputStream，以便一次性读取多个字节。

6. 使用 `FileOutputStream` 进行字节流文件写入

FileOutputStream 是 Java 中用于写入文件字节流的类。它适合用于将原始字节数据（如文本、音频、图片等）写入文件。以下是你提供的代码，演示了如何使用 FileOutputStream 将字节数据写入文件。

代码解析：

import org.junit.Test;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class DemoTest {
   
   

    // 方式 1：使用 .write() 方法直接写入字节数组
    @Test
    public void outputFile() throws IOException