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《掌握 Java：从基础到高级概念的综合指南》（5/15）

article 2025/1/20 18:33:45

目录

1. 引言

2. Java I/O 概述

3. 字节流

3.1 InputStream 和 OutputStream

3.1.1 FileInputStream 和 FileOutputStream

4. 字符流

4.1 Reader 和 Writer

4.1.1 FileReader 和 FileWriter

5. 缓冲流

5.1 BufferedReader 和 BufferedWriter

6. 序列化与反序列化

6.1 对象的序列化与反序列化

7. Java NIO (New Input/Output)

7.1 NIO 的基本组件

8. 字节流与字符流对比总结

9. 结论

Java 中的输入与输出 (I/O) 流

1. 引言

输入与输出 (I/O) 是 Java 编程中的重要组成部分，I/O 操作使得程序可以与外部环境进行交互，例如读取文件内容或将数据写入文件。Java 提供了丰富的 I/O API，用于处理不同类型的数据输入和输出，包括字节流、字符流、缓冲流、以及 NIO（New Input/Output）。本篇文章将深入探讨 Java 中的 I/O 操作，详细介绍字节流与字符流的区别、文件处理、序列化与反序列化，以及 NIO 的使用。

2. Java I/O 概述

Java I/O 主要通过 java.io 包提供的各种类和接口来实现，最基本的 I/O 操作是通过流来完成的。流可以看作是数据的顺序传输通道。

  • 字节流 (Byte Stream)：用于处理 8 位字节的数据，适合于处理如图像、音频等二进制文件。

    • 输入字节流：InputStream

    • 输出字节流：OutputStream

  • 字符流 (Character Stream)：用于处理 16 位字符的数据，适合于处理文本文件。

    • 输入字符流：Reader

    • 输出字符流：Writer

3. 字节流

3.1 InputStream 和 OutputStream

InputStream 和 OutputStream 是字节流的两个抽象基类，分别用于处理输入和输出操作。

3.1.1 FileInputStream 和 FileOutputStream

FileInputStream 用于从文件中读取字节，FileOutputStream 用于向文件中写入字节。

代码示例：使用 FileInputStream 和 FileOutputStream

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class ByteStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt");
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt")) {
            int data;
            while ((data = fis.read()) != -1) {
                fos.write(data);  // 将数据写入 output.txt
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("I/O error: " + e.getMessage());
        }
    }
}

  • 代码解析：

    • FileInputStream 读取 input.txt 文件中的字节数据，FileOutputStream 将其写入到 output.txt 中。

    • 使用了 Java 7 的 try-with-resources 语法，确保资源在使用后自动关闭。

4. 字符流

4.1 Reader 和 Writer

Reader 和 Writer 是字符流的两个抽象基类，分别用于处理字符输入和输出操作。

4.1.1 FileReader 和 FileWriter

FileReader 和 FileWriter 分别用于读取和写入文本文件。

代码示例：使用 FileReader 和 FileWriter

import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;

public class CharacterStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileReader reader = new FileReader("input.txt");
             FileWriter writer = new FileWriter("output.txt")) {
            int data;
            while ((data = reader.read()) != -1) {
                writer.write(data);  // 将数据写入 output.txt
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("I/O error: " + e.getMessage());
        }
    }
}

  • 代码解析：

    • FileReader 从 input.txt 中读取字符数据，FileWriter 将其写入到 output.txt。

    • 适用于文本文件的处理，能够正确处理字符数据。

5. 缓冲流

缓冲流用于提高 I/O 操作的效率，通过减少与底层设备之间的物理读写次数来提升性能。

5.1 BufferedReader 和 BufferedWriter

BufferedReader 和 BufferedWriter 分别用于字符流的输入和输出操作，提供了缓冲功能以提高读写效率。

代码示例：使用 BufferedReader 和 BufferedWriter

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;

public class BufferedStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("input.txt"));
             BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("output.txt"))) {
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                bw.write(line);
                bw.newLine();  // 换行
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("I/O error: " + e.getMessage());
        }
    }
}

  • 代码解析：

    • BufferedReader 提供了 readLine() 方法，可以按行读取文本。

    • BufferedWriter 提供了 newLine() 方法，用于换行。

6. 序列化与反序列化

序列化是将对象的状态转换为字节流的过程，反序列化则是从字节流恢复对象的状态。Java 提供了 Serializable 接口来实现序列化。

6.1 对象的序列化与反序列化

代码示例：对象的序列化与反序列化

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.Serializable;

class Person implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    String name;
    int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{name='" + name + "', age=" + age + "}";
    }
}

public class SerializationExample {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person("Alice", 30);

        // 序列化
        try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("person.ser"))) {
            oos.writeObject(person);
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("Serialization error: " + e.getMessage());
        }

        // 反序列化
        try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("person.ser"))) {
            Person deserializedPerson = (Person) ois.readObject();
            System.out.println("Deserialized Person: " + deserializedPerson);
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            System.out.println("Deserialization error: " + e.getMessage());
        }
    }
}

  • 代码解析：

    • Person 类实现了 Serializable 接口，表明该类的对象可以被序列化。

    • 使用 ObjectOutputStream 将对象写入文件 (person.ser)，使用 ObjectInputStream 从文件中读取对象。

7. Java NIO (New Input/Output)

Java NIO 是 Java 1.4 引入的一套新的 I/O API，提供了非阻塞 I/O 操作，提高了 I/O 操作的性能和效率。

7.1 NIO 的基本组件

  • Channel：用于数据的读写，类似于传统 I/O 的流。

  • Buffer：用于存储数据，所有数据的读写都要通过缓冲区进行。

  • Selector：用于监控多个通道的事件（例如读、写、连接等），用于实现非阻塞 I/O。

代码示例：使用 NIO 读取文件

import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.List;

public class NIOExample {
    public static void main(String[] args) {
        Path path = Paths.get("input.txt");
        try {
            List<String> lines = Files.readAllLines(path, StandardCharsets.UTF_8);
            for (String line : lines) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("I/O error: " + e.getMessage());
        }
    }
}

  • 代码解析：

    • 使用 Files 类提供的静态方法 readAllLines() 从文件中读取所有行，方便快捷。

    • Path 和 Paths 类用于表示文件路径，取代了传统的 File 类。

8. 字节流与字符流对比总结

特性字节流 (InputStream/OutputStream)字符流 (Reader/Writer)
适用场景处理二进制数据，如图片、音频等处理文本数据，如 .txt 文件
数据处理单位8 位字节16 位字符
主要类FileInputStream, FileOutputStreamFileReader, FileWriter

9. 结论

Java 中的 I/O 流提供了丰富的 API 来处理不同类型的数据输入与输出，本文详细介绍了字节流、字符流、缓冲流、对象序列化与反序列化，以及 Java NIO 的基础用法。通过这些知识，开发者可以灵活地处理文件、网络、数据等各种 I/O 操作，从而使应用程序与外部环境高效交互。在后续的文章中，我们将继续探讨 Java 中更为高级的特性，如泛型、注解、多线程等内容，以帮助您更全面地掌握 Java 编程。

希望本篇文章能够帮助你深入理解 Java 中的输入与输出操作。如果有任何疑问或想了解更多细节，欢迎在评论区留言！


http://www.kler.cn/a/370501.html

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