07Java IO 流

程序员小羊！2026-06-09 11:38

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目录

    • [一、IO 流概述](#一、IO 流概述)
      • [1.1 数据源与流的概念](#1.1 数据源与流的概念)
      • [1.2 IO 流的分类](#1.2 IO 流的分类)
      • [1.3 IO 操作的四步](#1.3 IO 操作的四步)
    • 二、字符集与编码
      • [2.1 字符集与编码](#2.1 字符集与编码)
      • [2.2 常见编码格式](#2.2 常见编码格式)
    • [三、字节流（InputStream / OutputStream）](#三、字节流（InputStream / OutputStream）)
      • [3.1 抽象基类方法](#3.1 抽象基类方法)
      • [3.2 文件字节流 FileInputStream / FileOutputStream](#3.2 文件字节流 FileInputStream / FileOutputStream)
        • [3.2.1 单个字节读取](#3.2.1 单个字节读取)
        • [3.2.2 批量读取（推荐）](#3.2.2 批量读取（推荐）)
        • [3.2.3 文件输出（写入）](#3.2.3 文件输出（写入）)
        • [3.2.4 文件拷贝（综合示例）](#3.2.4 文件拷贝（综合示例）)
    • [四、字符流（Reader / Writer）](#四、字符流（Reader / Writer）)
      • [4.1 抽象基类方法](#4.1 抽象基类方法)
      • [4.2 文件字符流 FileReader / FileWriter](#4.2 文件字符流 FileReader / FileWriter)
    • [五、缓冲流（Buffered Stream）](#五、缓冲流（Buffered Stream）)
      • [5.1 字节缓冲流 BufferedInputStream / BufferedOutputStream](#5.1 字节缓冲流 BufferedInputStream / BufferedOutputStream)
      • [5.2 字符缓冲流 BufferedReader / BufferedWriter](#5.2 字符缓冲流 BufferedReader / BufferedWriter)
    • [六、转换流（InputStreamReader / OutputStreamWriter）](#六、转换流（InputStreamReader / OutputStreamWriter）)
    • [七、数据流（DataInputStream / DataOutputStream）](#七、数据流（DataInputStream / DataOutputStream）)
    • [八、对象流（ObjectInputStream / ObjectOutputStream）与序列化](#八、对象流（ObjectInputStream / ObjectOutputStream）与序列化)
      • [8.1 序列化与反序列化](#8.1 序列化与反序列化)
      • [8.2 实现 Serializable 接口](#8.2 实现 Serializable 接口)
      • [8.3 序列化到文件](#8.3 序列化到文件)
    • [九、ByteArray 流（内存流）](#九、ByteArray 流（内存流）)
      • [9.1 ByteArrayInputStream](#9.1 ByteArrayInputStream)
      • [9.2 ByteArrayOutputStream](#9.2 ByteArrayOutputStream)
      • [9.3 实用方法：将任何 InputStream 读入字节数组](#9.3 实用方法：将任何 InputStream 读入字节数组)
    • [十、Commons IO 工具库](#十、Commons IO 工具库)
      • [10.1 常用工具类](#10.1 常用工具类)
      • [10.2 IOUtils 示例](#10.2 IOUtils 示例)
      • [10.3 FileUtils 示例](#10.3 FileUtils 示例)
      • [10.4 FilenameUtils 示例](#10.4 FilenameUtils 示例)
      • [10.5 FileSystemUtils 示例](#10.5 FileSystemUtils 示例)
    • 十一、练习实践
      • [11.1 选择流的原则](#11.1 选择流的原则)
      • [11.2 常见错误与避免](#11.2 常见错误与避免)
      • [11.3 性能提示](#11.3 性能提示)
      • [11.4 实战练习题：](#11.4 实战练习题：)

IO 流是 Java 中处理输入输出的核心机制。本文章涵盖 IO 流的完整知识体系，从基本概念到实际应用，包括字节流、字符流、缓冲流、转换流、数据流、对象流（序列化）、ByteArray 流以及 Commons IO 工具库。所有示例代码均可直接运行。

一、IO 流概述

1.1 数据源与流的概念

  • 数据源（Data Source）：提供原始数据的媒介，如文件、数据库、网络连接、内存、其他程序、IO 设备等。
  • 流（Stream） ：一连串连续动态的数据集合，像一个水流。程序通过流与数据源交互，读取数据（输入流）或写入数据（输出流）。

1.2 IO 流的分类

分类角度 类型 抽象基类
处理数据单位 字节流（8位） InputStream, OutputStream
字符流（16位） Reader, Writer
数据流向 输入流（从数据源到程序） InputStream, Reader
输出流（从程序到目的地） OutputStream, Writer
功能 节点流（直接操作数据源） 如 FileInputStream, FileOutputStream
处理流（包装节点流，增强功能） 如 BufferedInputStream, ObjectOutputStream

注意：字节流可以处理任何类型的数据（文本、图片、视频等），字符流只能处理纯文本。

1.3 IO 操作的四步

  1. 建立联系 ：确定数据源或目的地（如 File 对象）。
  2. 选择流：根据需求选择输入/输出、字节/字符、节点/处理流。
  3. 执行操作：读取或写入数据（循环读取、一次性写入等）。
  4. 释放资源 ：关闭流（close()），避免资源泄漏。

二、字符集与编码

2.1 字符集与编码

  • 字符集（Character Set）：一组字符的集合，如 ASCII、GB2312、Unicode。
  • 字符编码（Character Encoding）：将字符映射为二进制字节的规则。
  • 乱码：编码与解码使用的字符集不一致导致显示异常。

2.2 常见编码格式

编码 描述 特点
ASCII 美国信息交换标准代码 7位，128个字符
ISO-8859-1 西欧语言编码 单字节，256个字符
GB2312 中国国家标准简体中文字符集 双字节，6763个汉字
GBK 扩展 GB2312 双字节，21003个汉字
GB18030 最新国家标准 变长（1/2/4字节）
Unicode 统一码 每个字符一个码点
UTF-16 Unicode 的一种存储形式 定长 2 字节
UTF-8 Unicode 的变长存储 1~6 字节，兼容 ASCII

Java 内存中的 char 使用 UTF-16 编码，文件读写时需指定编码。

三、字节流（InputStream / OutputStream）

3.1 抽象基类方法

InputStream（读）：

  • int read()：读取一个字节，返回 0~255，读到末尾返回 -1。
  • int read(byte[] b)：读取一批字节存到数组，返回实际读取的字节数。
  • int read(byte[] b, int off, int len)：读取最多 len 个字节到数组的指定位置。
  • void close()：关闭流。

OutputStream（写）：

  • void write(int b)：写入一个字节（int 的低 8 位）。
  • void write(byte[] b)：写入整个字节数组。
  • void write(byte[] b, int off, int len)：写入数组的一部分。
  • void flush()：强制将缓冲数据写出（对缓冲流有用）。
  • void close()：关闭流。

3.2 文件字节流 FileInputStream / FileOutputStream

3.2.1 单个字节读取
java 复制代码 
import java.io.*;

public class SingleByteRead {
    public static void main(String[] args) {
        File file = new File("f:/IO/test.txt");
        InputStream in = null;
        try {
            in = new FileInputStream(file);
            int data;
            while ((data = in.read()) != -1) {
                System.out.print((char) data);
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.out.println("文件不存在");
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("读取失败");
        } finally {
            if (in != null) {
                try {
                    in.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}
3.2.2 批量读取（推荐）
java 复制代码 
try (InputStream in = new FileInputStream(file)) {
    byte[] buffer = new byte[1024];
    int len;
    while ((len = in.read(buffer)) != -1) {
        String s = new String(buffer, 0, len);
        System.out.print(s);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}
// try-with-resources 自动关闭
3.2.3 文件输出（写入）
java 复制代码 
File dest = new File("f:/IO/output.txt");
try (OutputStream out = new FileOutputStream(dest, true)) { // true 表示追加
    String str = "Hello, IO!\n";
    out.write(str.getBytes());
    out.flush();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}
3.2.4 文件拷贝（综合示例）
java 复制代码 
public static void copyFile(String srcPath, String destPath) throws IOException {
    File src = new File(srcPath);
    if (!src.isFile()) {
        throw new IOException("源文件不存在或不是文件");
    }
    try (InputStream in = new FileInputStream(src);
         OutputStream out = new FileOutputStream(destPath)) {
        byte[] buffer = new byte[8192];
        int len;
        while ((len = in.read(buffer)) != -1) {
            out.write(buffer, 0, len);
        }
        out.flush();
    }
}

四、字符流（Reader / Writer）

4.1 抽象基类方法

Reader 的读取方法与 InputStream 类似，但以 char 为单位。

Writer 提供了直接写入字符串的方法：write(String str)。

4.2 文件字符流 FileReader / FileWriter

java 复制代码 
// 字符流读取文本文件
try (Reader reader = new FileReader("f:/char.txt")) {
    char[] buffer = new char[1024];
    int len;
    while ((len = reader.read(buffer)) != -1) {
        System.out.print(new String(buffer, 0, len));
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

// 字符流写入
try (Writer writer = new FileWriter("f:/char_out.txt", true)) {
    writer.write("你好，世界！\n");
    writer.append("追加内容");
    writer.flush();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

注意 ：FileWriter 使用系统默认编码，容易乱码。推荐使用 OutputStreamWriter 指定编码。

五、缓冲流（Buffered Stream）

缓冲流属于处理流，内部维护一个缓冲区，减少实际磁盘读写次数，提高性能。

5.1 字节缓冲流 BufferedInputStream / BufferedOutputStream

java 复制代码 
try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(
         new FileInputStream("bigfile.zip"));
     BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(
         new FileOutputStream("copy.zip"))) {
    byte[] buf = new byte[4096];
    int len;
    while ((len = bis.read(buf)) != -1) {
        bos.write(buf, 0, len);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

5.2 字符缓冲流 BufferedReader / BufferedWriter

BufferedReader 提供了 readLine() 方法（一次读一行），BufferedWriter 提供了 newLine() 方法。

java 复制代码 
try (BufferedReader br = new BufferedReader(
         new FileReader("test.txt"));
     BufferedWriter bw = new BufferedWriter(
         new FileWriter("copy.txt"))) {
    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) {
        bw.write(line);
        bw.newLine();  // 写入换行符
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

注意 ：readLine() 返回的字符串不包含换行符，需要手动添加。

六、转换流（InputStreamReader / OutputStreamWriter）

转换流用于将字节流转换为字符流，同时可以指定编码，解决乱码问题。

java 复制代码 
// 指定编码读取
try (BufferedReader br = new BufferedReader(
         new InputStreamReader(
             new FileInputStream("utf8.txt"), "UTF-8"))) {
    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) {
        System.out.println(line);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

// 指定编码写入
try (BufferedWriter bw = new BufferedWriter(
         new OutputStreamWriter(
             new FileOutputStream("gbk.txt"), "GBK"))) {
    bw.write("中文内容");
    bw.newLine();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

七、数据流（DataInputStream / DataOutputStream）

数据流允许直接读写 Java 基本类型（int、long、double 等）和 String，并保留类型信息。读写的顺序必须一致。

java 复制代码 
// 写入
try (DataOutputStream dos = new DataOutputStream(
         new BufferedOutputStream(
             new FileOutputStream("data.dat")))) {
    dos.writeInt(100);
    dos.writeDouble(3.14);
    dos.writeUTF("Hello");
    dos.flush();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

// 读取（顺序必须一致）
try (DataInputStream dis = new DataInputStream(
         new BufferedInputStream(
             new FileInputStream("data.dat")))) {
    int i = dis.readInt();
    double d = dis.readDouble();
    String s = dis.readUTF();
    System.out.println(i + ", " + d + ", " + s);
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

八、对象流（ObjectInputStream / ObjectOutputStream）与序列化

8.1 序列化与反序列化

  • 序列化：将 Java 对象转换为字节流，便于保存到文件或通过网络传输。
  • 反序列化：从字节流恢复为 Java 对象。

8.2 实现 Serializable 接口

要序列化的类必须实现 java.io.Serializable 接口（标记接口，无方法）。

java 复制代码 
import java.io.Serializable;

public class Employee implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L; // 版本号

    private String name;
    private double salary;
    private transient String password; // transient 字段不会被序列化

    // 构造器、getter、setter 省略
}
  • transient 修饰的字段跳过序列化，反序列化时为默认值（对象为 null，数值为 0）。
  • serialVersionUID 用于版本控制，若不显式声明，编译器会动态生成，类修改后反序列化会失败。

8.3 序列化到文件

java 复制代码 
// 序列化
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(
         new BufferedOutputStream(
             new FileOutputStream("employee.dat")))) {
    Employee emp = new Employee("张三", 8000.0, "123456");
    oos.writeObject(emp);
    oos.flush();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

// 反序列化
try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(
         new BufferedInputStream(
             new FileInputStream("employee.dat")))) {
    Employee emp = (Employee) ois.readObject();
    System.out.println(emp.getName() + " " + emp.getSalary());
    // password 为 null
} catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
    e.printStackTrace();
}

注意：

  • 读取顺序必须与写入顺序一致。
  • 静态成员不属于对象，不会被序列化。
  • 若一个类包含另一个类的引用，被引用的类也必须实现 Serializable。

九、ByteArray 流（内存流）

ByteArrayInputStream 和 ByteArrayOutputStream 以字节数组为数据源或目的地，不涉及文件，因此不需要关闭 （close() 无实际作用）。

9.1 ByteArrayInputStream

java 复制代码 
byte[] data = "Hello, World!".getBytes();
try (ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(data)) {
    int b;
    while ((b = bais.read()) != -1) {
        System.out.print((char) b);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

9.2 ByteArrayOutputStream

常用于将数据临时写入内存，最后转为字节数组。

java 复制代码 
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
try (baos) {
    baos.write("Hello".getBytes());
    baos.write(" World".getBytes());
    byte[] result = baos.toByteArray();
    System.out.println(new String(result));
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

9.3 实用方法：将任何 InputStream 读入字节数组

java 复制代码 
public static byte[] toByteArray(InputStream in) throws IOException {
    ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
    byte[] buffer = new byte[8192];
    int len;
    while ((len = in.read(buffer)) != -1) {
        baos.write(buffer, 0, len);
    }
    return baos.toByteArray();
}

十、Commons IO 工具库

Apache Commons IO 提供了大量简化 IO 操作的工具类。需要导入 commons-io-2.x.jar。

10.1 常用工具类

类名 用途
IOUtils 复制、读取、写入流
FileUtils 复制文件/目录、读取文件、删除目录等
FilenameUtils 文件名处理（扩展名、路径等）
FileSystemUtils 获取磁盘剩余空间

10.2 IOUtils 示例

java 复制代码 
// 拷贝大文件
try (InputStream in = new FileInputStream("source.zip");
     OutputStream out = new FileOutputStream("dest.zip")) {
    IOUtils.copy(in, out);  // 适合 2GB 以上大文件
    // IOUtils.copyLarge(in, out);
}

// 将 InputStream 转为 String
String content = IOUtils.toString(new FileInputStream("test.txt"), "UTF-8");

// 将 String 写入 OutputStream
IOUtils.write("Hello", out, "UTF-8");

10.3 FileUtils 示例

java 复制代码 
// 复制文件夹（递归）
FileUtils.copyDirectory(new File("srcDir"), new File("destDir"));

// 复制文件到目录
FileUtils.copyFileToDirectory(new File("a.txt"), new File("targetDir"));

// 以字符串形式读取文件
String content = FileUtils.readFileToString(new File("test.txt"), "UTF-8");

// 写入字符串到文件
FileUtils.writeStringToFile(new File("out.txt"), "内容", "UTF-8", true); // 追加

// 删除目录
FileUtils.deleteDirectory(new File("tempDir"));

10.4 FilenameUtils 示例

java 复制代码 
String fullPath = "D:/docs/readme.txt";
String base = FilenameUtils.getBaseName(fullPath);   // "readme"
String ext = FilenameUtils.getExtension(fullPath);   // "txt"
String path = FilenameUtils.getPath(fullPath);       // "D:/docs/"
String prefix = FilenameUtils.getPrefix(fullPath);   // "D:"
boolean isTxt = FilenameUtils.isExtension(fullPath, "txt");

10.5 FileSystemUtils 示例

java 复制代码 
long freeSpaceKB = FileSystemUtils.freeSpaceKb("D:");   // D盘剩余空间（KB）

十一、练习实践

11.1 选择流的原则

场景 推荐流
读取二进制文件（图片、视频） FileInputStream + BufferedInputStream
写入二进制文件 FileOutputStream + BufferedOutputStream
读取文本文件（已知编码） BufferedReader + InputStreamReader（指定编码）
写入文本文件（指定编码） BufferedWriter + OutputStreamWriter
读写 Java 基本类型 DataInputStream / DataOutputStream
读写 Java 对象 ObjectInputStream / ObjectOutputStream
临时内存操作 ByteArrayInputStream / ByteArrayOutputStream

11.2 常见错误与避免

  1. 忘记关闭流：使用 try-with-resources 自动关闭。
  2. 不指定编码：文本文件读写尽量显式指定 UTF-8，避免系统默认编码差异。
  3. 字符流处理非文本文件：字符流会按字符解码，处理二进制文件会损坏数据。
  4. 对象流读写顺序不一致：写入几个对象，读取时也必须按相同顺序。
  5. 序列化版本不一致 ：显式声明 serialVersionUID。

11.3 性能提示

  • 使用缓冲流（BufferedXxx）包裹节点流，设置合理缓冲区大小（默认 8KB）。
  • 批量读写比单字节读写效率高很多。
  • ByteArrayOutputStream 可预先估算大小，避免频繁扩容。

11.4 实战练习题：

  1. 实现文件拷贝（支持大文件）。
  2. 读取文本文件，统计每个单词出现次数。
  3. 将对象集合序列化到文件，再反序列化出来。
  4. 使用 Commons IO 一行代码完成文件复制和目录删除。

Tips：多动手编写代码，尤其注意异常处理和资源关闭，这是生产环境的基本要求。

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今天这篇文章就到这里了，大厦之成，非一木之材也；大海之阔，非一流之归也。感谢大家观看本文
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