【Java 基础】18 I/O流

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I/O流（Input/Output 流）是计算机程序中不可或缺的一部分， ++往大了说所有的操作都是IO++ 。Java 提供了强大而灵活的 I/O 框架，支持各种数据的读取和写入操作。

1.基本概念

I/O 即流进和流出

I/O 主要涉及到两个核心概念：输入（Input）和输出（Output）。

输入，表示从外部读取数据到程序。输出，表示将程序的数据写入到外部。

比如我们写的 程序 ，执行之后将结果输出到 控制台，这就是一种我们所常见的 IO。

Java 将 I/O 抽象成流（Stream）的概念，流是一系列的数据元素，可以是 字节或 字符 。

2.字节流

字节流（Byte Streams）： 处理原始的字节数据。InputStream 和 OutputStream 是字节流的基本抽象类。

FileInputStream 和 FileOutputStream： 用于读取和写入文件的字节流。

例如：

从 input.txt 文件中读取内容，输出到控制台并且将内容写到一个新的文件 output.txt 中

示例代码：

Java 复制代码

public static void main(String[] args) {
	try (FileInputStream fis = new FileInputStream("C:\\tmp\\input.txt");
		 FileOutputStream fos = new FileOutputStream("C:\\tmp\\output.txt")) {
		// 读取 input.txt
		int byteData;
		while ((byteData = fis.read()) != -1) {
			// 打印内容
			System.out.print((char) byteData);
			// 写入 output.txt
			fos.write(byteData);
		}
	} catch (IOException e) {
		e.printStackTrace();
	}
}

输出结果：Hello cheney

生成了 output.txt，内容：Hello cheney

ByteArrayInputStream 和 ByteArrayOutputStream： 用于读取和写入字节数组的字节流。

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
	String data = "Hello cheney";
	// 读取字符串
	byte[] dataByte = data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
	try (ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(dataByte);
		 ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream()) {
		byte byteData;
		while ((byteData = (byte) bais.read()) != -1) {
			// 写入 ByteArrayOutputStream
			baos.write(byteData);
		}
		System.out.println(baos);
	} catch (IOException e) {
		e.printStackTrace();
	}
}

输出结果：Hello cheney

3.字符流

字符流（Character Streams）： 处理字符数据，基于 Unicode 字符集。Reader 和 Writer 是字符流的基本抽象类。

FileReader 和 FileWriter： 用于读取和写入文件的字符流。

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
	try (FileReader fr = new FileReader("C:\\tmp\\input.txt");
		 FileWriter fw = new FileWriter("C:\\tmp\\output.txt")) {
		// 读取 input.txt
		int charData;
		while ((charData = fr.read()) != -1) {
			// 打印内容
			System.out.print((char) charData);
            // 写入 output.txt
			fw.write(charData);
		}
	} catch (IOException e) {
		e.printStackTrace();
	}
}

输出结果：Hello cheney

与 FileOutputStream 一样，生成了 output.txt，内容：Hello cheney

BufferedReader 和 BufferedWriter： 提供了缓冲区，加速字符流的读取和写入操作。

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
	String in = "C:\\tmp\\input.txt";
	String out = "C:\\tmp\\output.txt";
	try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(in));
		 BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter(out))) {
		// 读取 input.txt
		String line;
		while ((line = reader.readLine()) != null) {
			// // 打印第一行的内容
			System.out.println(line);
			// 写入 output.txt
			writer.write(line);
		}
	} catch (IOException e) {
		e.printStackTrace();
	}
}

输出结果：Hello cheney

与 FileOutputStream 一样，生成了 output.txt，内容：Hello cheney

4.标准输入输出

System.in 和 System.out： 分别代表标准输入和标准输出，可以通过 Scanner 和 System.out.println 进行读取和写入。

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
	try (Scanner scanner = new Scanner(System.in)) {
		System.out.println("请输入: ");
		String input = scanner.nextLine();
		System.out.println("你输入了: " + input);
	}
}

程序运行：

5.最佳实践

使用 try-with-resources： 在 Java 7 引入的 try-with-resources 语句可以自动关闭实现 AutoCloseable 接口的资源，避免手动关闭资源的繁琐操作。
使用缓冲流提高性能： 使用 BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream 或 BufferedReader 和 BufferedWriter 可以显著提高读写性能。
慎用字节流和字符流的转换： 在字符流和字节流之间进行转换时，要确保正确的字符集，以免出现乱码或数据丢失。
避免频繁的 I/O 操作： 尽量减少 I/O 操作的次数，可以通过缓存数据、合并写入等方式来提高效率。
处理异常： 在进行文件 I/O 操作时，要适时处理异常，确保程序的稳定性。
使用 NIO（New I/O）： Java 提供了 NIO 包，它提供了更灵活、高效的 I/O 操作，适用于高性能的网络编程和文件处理。

Java I/O 提供了丰富的工具和类库，使得程序能够轻松地进行数据的输入和输出操作。了解各种流的特性、选择合适的类和使用最佳实践，能够编写出高效、可维护的 I/O 代码。