Java IO流：从字节到字符的桥梁

Java IO流：从字节到字符的桥梁

1. 引入：为什么需要IO流？

程序运行时，数据都在内存中。但我们需要：

• 把数据永久保存到文件（硬盘）
• 从网络接收数据
• 读取配置文件

IO流就是用来处理数据传输的。I（Input）输入，O（Output）输出。数据像水一样"流动"，所以叫流。

1.1 流的分类思维导图

                        IO流
                         |
        ┌────────────────┴────────────────┐
        │                                  │
    字节流                              字符流
（处理二进制数据）                      （处理文本数据）
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   ┌────┴────┐                        ┌────┴────┐
   │         │                        │         │
输入流    输出流                    输入流    输出流
InputStream OutputStream          Reader    Writer

---

2. 字节流：一切的基础

字节流可以处理任何类型的数据（图片、视频、音频、文本），因为它以字节（8位）为单位。

2.1 字节输出流：OutputStream

FileOutputStream：将数据写入文件。

// 1. 创建流（指定文件）
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("a.txt");  // 覆盖写入
FileOutputStream fos2 = new FileOutputStream("a.txt", true); // 追加写入

// 2. 写入数据
fos.write(97);        // 写入一个字节（'a'）
byte[] bytes = {97, 98, 99};
fos.write(bytes);     // 写入字节数组
fos.write(bytes, 1, 2); // 写入从索引1开始的2个字节

// 3. 关闭流（重要！）
fos.close();

2.2 字节输入流：InputStream

FileInputStream：从文件读取数据。

FileInputStream fis = new FileInputStream("a.txt");

// 方式1：单个字节读取（效率低）
int b;
while ((b = fis.read()) != -1) {  // -1表示文件结束
    System.out.print((char) b);
}

// 方式2：批量读取（效率高）
byte[] buffer = new byte[1024];
int len;
while ((len = fis.read(buffer)) != -1) {
    System.out.println(new String(buffer, 0, len));
}

fis.close();

2.3 字节流复制文件示例

// 文件复制（万能）
try (FileInputStream fis = new FileInputStream("source.jpg");
     FileOutputStream fos = new FileOutputStream("dest.jpg")) {
    byte[] buffer = new byte[8192];
    int len;
    while ((len = fis.read(buffer)) != -1) {
        fos.write(buffer, 0, len);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

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3. 字符流：处理文本更高效

字符流以字符（16位）为单位，专门处理文本文件，避免中文乱码。

3.1 字符输出流：Writer

FileWriter：写入文本文件。

FileWriter fw = new FileWriter("b.txt");

fw.write('你');           // 写入单个字符
fw.write("你好世界");      // 写入字符串
fw.write("你好Java", 0, 2); // 写入字符串前2个字符

fw.close();

3.2 字符输入流：Reader

FileReader：读取文本文件。

FileReader fr = new FileReader("b.txt");

// 单个字符读取
int ch;
while ((ch = fr.read()) != -1) {
    System.out.print((char) ch);
}

// 字符数组读取
char[] buffer = new char[1024];
int len;
while ((len = fr.read(buffer)) != -1) {
    System.out.print(new String(buffer, 0, len));
}

fr.close();

3.3 处理中文乱码

FileReader/FileWriter使用默认编码 （IDE或系统编码），跨平台可能乱码。

同一台电脑上的两个程序（编辑器 vs 终端）默认编码不同，导致乱码。
解决方案：使用转换流指定编码。

// 指定UTF-8编码读取
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(
    new FileInputStream("c.txt"), "UTF-8");

// 指定GBK编码写入
OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(
    new FileOutputStream("d.txt"), "GBK");

字符字节流区别：

特性	字节流	字符流
基本单位	字节（8 bit）	字符（16 bit Unicode）
编码处理	无，需手动处理	自动使用字符集编解码
适用数据	任何类型（二进制 + 文本）	仅文本
抽象基类	InputStream / OutputStream	Reader / Writer
典型应用	图片、视频、音频、网络传输	文本文件读写、控制台输入输出

4. 缓冲流：提升性能

缓冲流内部维护一个缓冲区，减少实际读写次数，大幅提升效率。

4.1 字节缓冲流

// 输入
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(
    new FileInputStream("large.jpg"));

// 输出
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(
    new FileOutputStream("copy.jpg"));

byte[] buffer = new byte[8192];
int len;
while ((len = bis.read(buffer)) != -1) {
    bos.write(buffer, 0, len);
}
bis.close();
bos.close();

4.2 字符缓冲流

特有方法：readLine() 和 newLine()。

// 读取文本行
BufferedReader br = new BufferedReader(
    new FileReader("poem.txt"));
String line;
while ((line = br.readLine()) != null) {
    System.out.println(line);
}
br.close();

// 写入文本行（自动换行）
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(
    new FileWriter("output.txt"));
bw.write("第一行");
bw.newLine();   // 跨平台的换行
bw.write("第二行");
bw.close();

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5. 转换流：字节→字符的转换

类	作用
InputStreamReader	字节输入流 → 字符输入流（指定编码）
OutputStreamWriter	字符输出流 → 字节输出流（指定编码）

// 读取GBK编码的文件
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(
    new FileInputStream("gbk.txt"), "GBK");

// 写入UTF-8编码的文件
OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(
    new FileOutputStream("utf8.txt"), "UTF-8");

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6. 对象流：序列化与反序列化

6.1 概念

• 序列化：把对象变为字节序列（保存到文件或网络传输）
• 反序列化：把字节序列恢复为对象

6.2 使用步骤

// 类必须实现Serializable接口
class Student implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L; // 版本号
    private String name;
    private transient int age;  // transient：不序列化
}

// 序列化
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(
    new FileOutputStream("student.obj"));
oos.writeObject(new Student("张三", 18));
oos.close();

// 反序列化
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(
    new FileInputStream("student.obj"));
Student s = (Student) ois.readObject();
ois.close();

6.3 注意事项

要点	说明
Serializable	标记接口，没有方法
serialVersionUID	版本控制，修改类后能兼容
transient	修饰的字段不序列化
静态变量	不序列化（属于类）

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7. IO流对比总结

分类	输入流	输出流	适用场景
字节流	InputStream	OutputStream	图片、视频、音频
字符流	Reader	Writer	文本文件
缓冲字节流	BufferedInputStream	BufferedOutputStream	大文件字节复制
缓冲字符流	BufferedReader	BufferedWriter	大文本处理（readLine）
转换流	InputStreamReader	OutputStreamWriter	指定编码读写
对象流	ObjectInputStream	ObjectOutputStream	对象序列化

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8. 易错点总结

易错点	错误原因	正确做法
忘记关闭流	资源泄漏	try-with-resources或finally中close
字节流读中文乱码	汉字占多个字节	用字符流或指定编码
文件路径错误	相对路径基准不明	使用绝对路径或ClassLoader
read(byte[])返回值忽略	-1判断错误	用len记录实际读取长度
字符数组转String不使用长度	多读空字符	new String(buffer, 0, len)
flush忘记调用	数据没真正写入	缓冲流调用flush()或关闭流