Java 文件 I/O 流

2025-8-21

IO 即 Input/Output，输入和输出。数据输入到计算机内存的过程即输入，反之输出到外部存储（比如数据库，文件，远程主机）的过程即输出。数据传输过程类似于水流，因此称为 IO 流。IO 流在 Java 中分为输入流和输出流，而根据数据的处理方式又分为字节流和字符流。

Java IO 流的 40 多个类都是从如下 4 个抽象类基类中派生出来的。

• InputStream/Reader: 所有的输入流的基类，前者是字节输入流，后者是字符输入流。

• OutputStream/Writer: 所有输出流的基类，前者是字节输出流，后者是字符输出流。

1. I/O流分类

• 字节流：InputStream / OutputStream

• 字符流：Reader / Writer

• 桥接：InputStreamReader / OutputStreamWriter（需指定编码）

2. 常用流

• 缓冲流：BufferedInputStream/BufferedReader（提高性能）

• 数据流：DataInputStream/DataOutputStream（读写基本类型）

• 对象流：ObjectInputStream/ObjectOutputStream（序列化）

• 打印流：PrintWriter（支持 println/printf）

• 随机访问：RandomAccessFile

3. Java文件 API

• 旧版：File（路径操作有限）

• 新版：Path/Files（推荐）

  • Files.exists/size/copy/move/delete

  • Files.readString/writeString（Java 11+）

  • Files.lines（流式逐行读取）

  • Files.list/walk/find（遍历）

4. 代码示例

逐行读取文本

try (BufferedReader br = Files.newBufferedReader(
        Path.of("a.txt"), StandardCharsets.UTF_8)) {
    for (String line; (line = br.readLine()) != null; ) {
        System.out.println(line);
    }
}

文本写入

try (BufferedWriter bw = Files.newBufferedWriter(
        Path.of("out.txt"), StandardCharsets.UTF_8)) {
    bw.write("Hello\n");
}

文件复制（字节流）

try (InputStream in = new BufferedInputStream(Files.newInputStream(Path.of("a.bin")));
     OutputStream out = new BufferedOutputStream(Files.newOutputStream(Path.of("b.bin")))) {
    byte[] buf = new byte[8192];
    int n;
    while ((n = in.read(buf)) != -1) out.write(buf, 0, n);
}

大文件复制（高效）

try (FileChannel in = FileChannel.open(Path.of("a.iso"), StandardOpenOption.READ);
     FileChannel out = FileChannel.open(Path.of("b.iso"),
        StandardOpenOption.CREATE, StandardOpenOption.WRITE)) {
    in.transferTo(0, in.size(), out);
}

对象序列化

try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(
        Files.newOutputStream(Path.of("obj.ser")))) {
    oos.writeObject(obj);
}
try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(
        Files.newInputStream(Path.of("obj.ser")))) {
    Object o = ois.readObject();
}

5. NIO 特性

• FileChannel：transferTo/transferFrom（零拷贝）

• MappedByteBuffer：内存映射文件，支持随机访问

• Scatter/Gather：分散读/聚集写

• AsynchronousFileChannel：异步文件 I/O

• WatchService：目录监听

6. 文件属性

BasicFileAttributes attr = Files.readAttributes(path, BasicFileAttributes.class);
Files.isHidden(path);
Files.size(path);

7. 随机访问与文件锁

RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("data.bin", "rw");
raf.seek(1024);
int v = raf.readInt();
raf.writeLong(123L);

try (FileChannel ch = FileChannel.open(Path.of("data.bin"), StandardOpenOption.WRITE);
     FileLock lock = ch.lock()) {
    // 文件锁
}

补充解释

1. 文本流必须显式指定编码

• 默认编码依赖操作系统（Windows 可能是 GBK，Linux 常见 UTF-8）。

• 如果不指定，跨平台读写时可能出现乱码。

• 建议始终显式传入 StandardCharsets.UTF_8。

new BufferedReader(new InputStreamReader(
    new FileInputStream("a.txt"), StandardCharsets.UTF_8));

2. 大文件不要使用 readAllLines / readAllBytes

• Files.readAllLines(path) 会一次性把文件所有内容读入内存。

• 对几百 MB 或更大文件可能导致 内存溢出。

• 替代：逐行/分块读取。

try (Stream<String> lines = Files.lines(path)) {
    lines.forEach(System.out::println);
}

3. available() 不能当作文件大小

• InputStream.available() 只保证返回“当前不阻塞情况下可读的字节数”。

• 并不等于文件剩余长度，也可能比实际可读的少。

• 获取文件大小应使用：

long size = Files.size(path);

4. flush() vs close()

• flush()：立即把缓冲区数据写入目标（文件/网络）。

• close()：关闭流前会自动调用一次 flush()。

• 场景：写日志、网络通信时，必须及时写出，而不是等缓冲区满。

5. try-with-resources

• Java 7+ 语法，确保流在 作用域结束时自动关闭，无需手动 finally。

• 自动调用 close()，即使中途抛出异常也能安全关闭。

try (BufferedWriter bw = Files.newBufferedWriter(path)) {
    bw.write("Hello");
} // 这里自动 close()