走进底层-Java中的IO流

Java中IO流

在Java编程中，IO流（Input/Output Stream）是非常重要的概念，它为程序的输入和输出操作提供了一套强大而灵活的机制。本文将详细介绍Java中IO流的相关内容，包括其基本概念、分类以及常见类的使用示例。

一、基本概念

Java的IO流用于在程序和外部设备（如文件、网络连接等）之间传输数据。简单来说，它提供了一种将数据看作是流的形式进行处理的机制，数据可以在不同的源和目标之间以流的方式“流动”。例如，从文件中读取数据可以看作是从文件这个数据源沿着流的方向将数据流入程序，而向文件中写入数据则是将程序中的数据通过流的方式流出到文件这个目标。

二、IO流的分类

（一）按流向分类

输入流（Input Stream）：用于从数据源（如文件、键盘等）读取数据到程序中。例如，当我们需要从文件中读取内容时，就会使用输入流来实现。常见的输入流类有InputStream、Reader。
输出流（Output Stream）：用于将程序中的数据写入到目标（如文件、显示器等）。比如，当我们要将程序中的数据保存到文件中时，就会用到输出流。常见的输出流类有OutputStream、Writer。

（二）按数据传输单位分类

字节流：以字节为单位进行数据的传输和处理。字节流可以处理任何类型的数据，包括二进制数据（如图像、音频、视频等）。在Java中，字节流的基类是InputStream和OutputStream。例如，FileInputStream和FileOutputStream就是常用的字节流类，用于对文件进行字节级别的读写操作。

下面是一个使用字节流读取文件内容的简单示例：

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;public class ByteReadStreamExample {public static void main(String[] args) {try (FileInputStream fis = new FileInputStream("test.txt")) {int data;while ((data = fis.read())!= -1) {System.out.print((char) data);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

在这个示例中，我们使用FileInputStream打开文件test.txt，然后通过循环不断读取文件中的字节数据，直到读取到文件末尾（read方法返回-1）。每次读取一个字节并将其转换为字符输出。

字符流：以字符为单位进行数据的传输和处理。字符流主要用于处理文本数据，它会在内部进行字符编码和解码的操作，更适用于处理人类可读的文本信息。在Java中，字符流的基类是Reader和Writer。例如，FileReader和FileWriter就是常用的字符流类，用于对文件进行字符级别的读写操作。

下面是一个使用字符流读取文件内容的简单示例：

import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;public class CharacterReadStreamExample {public static void main(String[] args) {try (FileReader fr = new FileReader("test.txt")) {int data;while ((data = fr.read())!= -1) {System.out.print((char) data);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

在这个示例中，我们使用FileReader打开文件test.txt，然后通过循环不断读取文件中的字符数据，直到读取到文件末尾。

**缓冲流：**字节流中读取读入文件是磁盘之间的单字节读取，这种频繁的单字节操作会导致大量系统调用降低读取速度。而缓冲流内部会维护一个缓冲区（在内存中），从缓冲区读取取数据，每读满8kb再通过基本流写到硬盘上，因为内存之间读取速度远大于硬盘之间读写，因此相对于字节流大大加快了传输速度。相对于字符流，由于字符流本身存在缓冲区，所以效果没有字节流那么明显但是性能提升仍然显著。缓冲流的使用需要将基本流包装成缓冲流，下面分别展示一下缓冲字符流和缓冲字节流

缓冲字节流

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;public class BufferedByteStreamExample {public static void main(String[] args) {byte[] data = "这是使用缓冲字节流写入的字节数据。".getBytes();// 写入字节数据到文件try (BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("byte.txt"))) {bos.write(data);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 从文件中读取字节数据try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("byte.txt"))) {int byteRead;while ((byteRead = bis.read()) != -1) {System.out.print((char) byteRead);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

缓冲字符流

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;public class BufferedCharacterStreamExample {public static void main(String[] args) {// 写入文本到文件try (BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter("character.txt"))) {writer.write("这是使用缓冲字符流写入的文本。");writer.newLine();writer.write("第二行文本。");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 从文件中读取文本try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("character.txt"))) {String line;while ((line = reader.readLine()) != null) {System.out.println(line);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

三、常见的IO流类汇总

以下是一些在Java中常用的IO流类：

流类型	抽象基类	常见子类	说明
字节输入流	`InputStream`	`FileInputStream`、`ByteArrayInputStream`、`DataInputStream`等	用于从不同数据源读取字节数据
字节输出流	`OutputStream`	`FileOutputStream`、`ByteArrayOutputStream`、`DataOutputStream`等	用于向不同目标写入字节数据
字符输入流	`Reader`	`FileReader`、`BufferedReader`、`StringReader`等	用于从不同数据源读取字符数据
字符输出流	`Writer`	`FileWriter`、`BufferedWriter`、`StringWriter`等	用于向不同目标写入字符数据