“子谦，Java IO 也太上头了吧？”新兵蛋子小二向头顶很凉快的老韩抱怨道，“你瞧，我就按照传输方式对 IO 进行了一个简单的分类，就能搞出来这么多的玩意！”

好久没搞过 IO 了，老王看到这幅思维导图也是吃了一惊。想想也是，他当初学习 Java IO 的时候头也大，乌央乌央的一片，全是类，估计是所有 Java 包里面类最多的，一会是 Input 一会是 Output，一会是 Reader 一会是 Writer，真不知道 Java 的设计者是怎么想的。

看着肺都快要气炸的小二，韩老师深深地吸了一口气，耐心地对小二说：“主要是 Java 的设计者考虑得比较多吧，所以 IO 给人一种很乱的感觉，我来给你梳理一下。

00、初识 Java IO

IO，即in和out，也就是输入和输出，指应用程序和外部设备之间的数据传递，常见的外部设备包括文件、管道、网络连接。

Java 中是通过流处理IO 的，那么什么是流？

流（Stream），是一个抽象的概念，是指一连串的数据（字符或字节），是以先进先出的方式发送信息的通道。

当程序需要读取数据的时候，就会开启一个通向数据源的流，这个数据源可以是文件，内存，或是网络连接。类似的，当程序需要写入数据的时候，就会开启一个通向目的地的流。这时候你就可以想象数据好像在这其中“流”动一样。

一般来说关于流的特性有下面几点：

• 先进先出：最先写入输出流的数据最先被输入流读取到。
• 顺序存取：可以一个接一个地往流中写入一串字节，读出时也将按写入顺序读取一串字节，不能随机访问中间的数据。（RandomAccessFile除外）
• 只读或只写：每个流只能是输入流或输出流的一种，不能同时具备两个功能，输入流只能进行读操作，对输出流只能进行写操作。在一个数据传输通道中，如果既要写入数据，又要读取数据，则要分别提供两个流。

01、传输方式划分

就按照你的那副思维导图来说吧。

传输方式有两种，字节和字符，那首先得搞明白字节和字符有什么区别，对吧？

字节（byte）是计算机中用来表示存储容量的一个计量单位，通常情况下，一个字节有 8 位（bit）。

字符（char）可以是计算机中使用的字母、数字、和符号，比如说 A 1 $ 这些。

通常来说，一个字母或者一个字符占用一个字节，一个汉字占用两个字节。

具体还要看字符编码，比如说在 UTF-8 编码下，一个英文字母（不分大小写）为一个字节，一个中文汉字为三个字节；在 Unicode 编码中，一个英文字母为一个字节，一个中文汉字为两个字节。

PS：关于字符编码，可以看前面的章节：锟斤拷

明白了字节与字符的区别，再来看字节流和字符流就会轻松多了。

字节流用来处理二进制文件，比如说图片啊、MP3 啊、视频啊。

字符流用来处理文本文件，文本文件可以看作是一种特殊的二进制文件，只不过经过了编码，便于人们阅读。

换句话说就是，字节流可以处理一切文件，而字符流只能处理文本。

虽然 IO 类很多，但核心的就是 4 个抽象类：InputStream、OutputStream、Reader、Writer。

（抽象大法真好）

虽然 IO 类的方法也很多，但核心的也就 2 个：read 和 write。

InputStream 类

• int read()：读取数据
• int read(byte b[], int off, int len)：从第 off 位置开始读，读取 len 长度的字节，然后放入数组 b 中
• long skip(long n)：跳过指定个数的字节
• int available()：返回可读的字节数
• void close()：关闭流，释放资源

OutputStream 类

• void write(int b)： 写入一个字节，虽然参数是一个 int 类型，但只有低 8 位才会写入，高 24 位会舍弃（这块后面再讲）
• void write(byte b[], int off, int len)： 将数组 b 中的从 off 位置开始，长度为 len 的字节写入
• void flush()： 强制刷新，将缓冲区的数据写入
• void close()：关闭流

Reader 类

• int read()：读取单个字符
• int read(char cbuf[], int off, int len)：从第 off 位置开始读，读取 len 长度的字符，然后放入数组 b 中
• long skip(long n)：跳过指定个数的字符
• int ready()：是否可以读了
• void close()：关闭流，释放资源

Writer 类

• void write(int c)： 写入一个字符
• void write( char cbuf[], int off, int len)： 将数组 cbuf 中的从 off 位置开始，长度为 len 的字符写入
• void flush()： 强制刷新，将缓冲区的数据写入
• void close()：关闭流

理解了上面这些方法，基本上 IO 的灵魂也就全部掌握了。

字节流和字符流的区别：

• 字节流一般用来处理图像、视频、音频、PPT、Word等类型的文件。字符流一般用于处理纯文本类型的文件，如TXT文件等，但不能处理图像视频等非文本文件。用一句话说就是：字节流可以处理一切文件，而字符流只能处理纯文本文件。
• 字节流本身没有缓冲区，缓冲字节流相对于字节流，效率提升非常高。而字符流本身就带有缓冲区，缓冲字符流相对于字符流效率提升就不是那么大了。

以写文件为例，我们查看字符流的源码，发现确实有利用到缓冲区：

这段代码是 Java IO 类库中的 OutputStreamWriter 类的 write 方法，可以看到缓冲区的大小是 1024 个 char。

我们再以文件的字符流和字节流来做一下对比，代码差别很小。

02、操作对象划分

小二，你细想一下，IO IO，不就是输入输出（Input/Output）嘛：

• Input：将外部的数据读入内存，比如说把文件从硬盘读取到内存，从网络读取数据到内存等等
• Output：将内存中的数据写入到外部，比如说把数据从内存写入到文件，把数据从内存输出到网络等等。

所有的程序，在执行的时候，都是在内存上进行的，一旦关机，内存中的数据就没了，那如果想要持久化，就需要把内存中的数据输出到外部，比如说文件。

文件操作算是 IO 中最典型的操作了，也是最频繁的操作。那其实你可以换个角度来思考，比如说按照 IO 的操作对象来思考，IO 就可以分类为：文件、数组、管道、基本数据类型、缓冲、打印、对象序列化/反序列化，以及转换等。

1）文件

文件流也就是直接操作文件的流，可以细分为字节流（FileInputStream 和 FileOuputStream）和字符流（FileReader 和 FileWriter）。

FileInputStream 的例子：

FileOutputStream 的例子：

FileReader 的例子：

FileWriter 的例子：

文件流还可以用于创建、删除、重命名文件等操作。FileOutputStream 和 FileWriter 构造函数的第二个参数可以指定是否追加数据到文件末尾。

示例代码：

当掌握了文件的输入输出，其他的自然也就掌握了，都大差不差。

2）数组（内存）

通常来说，针对文件的读写操作，使用文件流配合缓冲流就够用了，但为了提升效率，频繁地读写文件并不是太好，那么就出现了数组流，有时候也称为内存流。

ByteArrayInputStream 的例子：

ByteArrayOutputStream 的例子：

数组流可以用于在内存中读写数据，比如将数据存储在字节数组中进行压缩、加密、序列化等操作。它的优点是不需要创建临时文件，可以提高程序的效率。但是，数组流也有缺点，它只能存储有限的数据量，如果存储的数据量过大，会导致内存溢出。

3）管道

Java 中的管道和 Unix/Linux 中的管道不同，在 Unix/Linux 中，不同的进程之间可以通过管道来通信，但 Java 中，通信的双方必须在同一个进程中，也就是在同一个 JVM 中，管道为线程之间的通信提供了通信能力。

一个线程通过 PipedOutputStream 写入的数据可以被另外一个线程通过相关联的 PipedInputStream 读取出来。

使用管道流可以实现不同线程之间的数据传输，可以用于线程间的通信、数据的传递等。但是，管道流也有一些局限性，比如只能在同一个 JVM 中的线程之间使用，不能跨越不同的 JVM 进程。

4）基本数据类型

基本数据类型输入输出流是一个字节流，该流不仅可以读写字节和字符，还可以读写基本数据类型。

DataInputStream 提供了一系列可以读基本数据类型的方法：

DataOutputStream 提供了一系列可以写基本数据类型的方法：

除了 DataInputStream 和 DataOutputStream，Java IO 还提供了其他一些读写基本数据类型和字符串的流类，包括 ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream（用于读写对象）。

示例代码：

以上代码创建了一个 Person 对象，将其写入文件中，然后从文件中读取该对象，并打印在控制台上。

5）缓冲

CPU 很快，它比内存快 100 倍，比磁盘快百万倍。那也就意味着，程序和内存交互会很快，和硬盘交互相对就很慢，这样就会导致性能问题。

为了减少程序和硬盘的交互，提升程序的效率，就引入了缓冲流，也就是类名前缀带有 Buffer 的那些，比如说 BufferedInputStream、BufferedOutputStream、BufferedReader、BufferedWriter。

缓冲流在内存中设置了一个缓冲区，只有缓冲区存储了足够多的带操作的数据后，才会和内存或者硬盘进行交互。简单来说，就是一次多读/写点，少读/写几次，这样程序的性能就会提高。

以下是一个使用 BufferedInputStream 读取文件的示例代码：

上述代码中，首先创建了一个 BufferedInputStream 对象，用于从文件中读取数据。然后创建了一个字节数组作为缓存区，每次读取数据时将数据存储到缓存区中。读取数据的过程是通过 while 循环实现的，每次读取数据后对缓存区中的数据进行处理。最后关闭 BufferedInputStream，释放资源。

以下是一个使用 BufferedOutputStream 写入文件的示例代码：

上述代码中，首先创建了一个 BufferedOutputStream 对象，用于将数据写入到文件中。然后创建了一个字节数组作为缓存区，将数据写入到缓存区中。写入数据的过程是通过 write() 方法实现的，将字节数组作为参数传递给 write() 方法即可。

最后，通过 flush() 方法将缓存区中的数据写入到文件中。在写入数据时，由于使用了 BufferedOutputStream，数据会先被写入到缓存区中，只有在缓存区被填满或者调用了 flush() 方法时才会将缓存区中的数据写入到文件中。

以下是一个使用 BufferedReader 读取文件的示例代码：

上述代码中，首先创建了一个 BufferedReader 对象，用于从文件中读取数据。然后使用 readLine() 方法读取文件中的数据，每次读取一行数据并将其存储到一个字符串中。读取数据的过程是通过 while 循环实现的。

以下是一个使用 BufferedWriter 写入文件的示例代码：

上述代码中，首先创建了一个 BufferedWriter 对象，用于将数据写入到文件中。然后使用 write() 方法将数据写入到缓存区中，写入数据的过程和使用 FileWriter 类似。需要注意的是，使用 BufferedWriter 写入数据时，数据会先被写入到缓存区中，只有在缓存区被填满或者调用了 flush() 方法时才会将缓存区中的数据写入到文件中。

最后，通过 flush() 方法将缓存区中的数据写入到文件中，并通过 close() 方法关闭 BufferedWriter，释放资源。

使用缓冲流可以提高读写效率，减少了频繁的读写磁盘或网络的次数，从而提高了程序的性能。但是，在使用缓冲流时需要注意缓冲区的大小和清空缓冲区的时机，以避免数据丢失或不完整的问题。

6）打印

Java 的打印流是一组用于打印输出数据的类，包括 PrintStream 和 PrintWriter 两个类。

恐怕 Java 程序员一生当中最常用的就是打印流了：System.out 其实返回的就是一个 PrintStream 对象，可以用来打印各式各样的对象。

System.out.println("沉默王二是真的二！");

PrintStream 最终输出的是字节数据，而 PrintWriter 则是扩展了 Writer 接口，所以它的 print()/println() 方法最终输出的是字符数据。使用上几乎和 PrintStream 一模一样。

StringWriter buffer = new StringWriter();
try (PrintWriter pw = new PrintWriter(buffer)) {
    pw.println("沉默王二");
}
System.out.println(buffer.toString());

7）对象序列化/反序列化

序列化本质上是将一个 Java 对象转成字节数组，然后可以将其保存到文件中，或者通过网络传输到远程。

// 创建一个 ByteArrayOutputStream 对象 buffer，用于存储数据
ByteArrayOutputStream buffer = new ByteArrayOutputStream();

// 使用 try-with-resources 语句创建一个 ObjectOutputStream 对象 output，并将其与 buffer 关联
try (ObjectOutputStream output = new ObjectOutputStream(buffer)) {
    
    // 使用 writeUTF() 方法将字符串 "沉默王二" 写入到缓冲区中
    output.writeUTF("沉默王二");
}

// 使用 toByteArray() 方法将缓冲区中的数据转换成字节数组，并输出到控制台
System.out.println(Arrays.toString(buffer.toByteArray()));

与其对应的，有序列化，就有反序列化，也就是再将字节数组转成 Java 对象的过程。

try (ObjectInputStream input = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
        new File("Person.txt")))) {
    String s = input.readUTF();
}

这段代码主要使用了 Java 的 ByteArrayOutputStream 和 ObjectOutputStream 类，将字符串 "沉默王二" 写入到一个字节数组缓冲区中，并将缓冲区中的数据转换成字节数组输出到控制台。

具体的执行过程如下：

• 创建一个 ByteArrayOutputStream 对象 buffer，用于存储数据。
• 使用 try-with-resources 语句创建一个 ObjectOutputStream 对象 output，并将其与 buffer 关联。
• 使用 writeUTF() 方法将字符串 "沉默王二" 写入到缓冲区中。
• 当 try-with-resources 语句执行完毕时，会自动调用 output 的 close() 方法关闭输出流，释放资源。
• 使用 toByteArray() 方法将缓冲区中的数据转换成字节数组。
• 使用 Arrays.toString() 方法将字节数组转换成字符串，并输出到控制台。

8）转换

InputStreamReader 是从字节流到字符流的桥连接，它使用指定的字符集读取字节并将它们解码为字符。

// 创建一个 InputStreamReader 对象 isr，使用 FileInputStream 对象读取文件 demo.txt 的内容并将其转换为字符流
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream("demo.txt"));

// 创建一个字符数组 cha，用于存储读取的字符数据，其中 1024 表示数组的长度
char[] cha = new char[1024];

// 使用 read() 方法读取 isr 中的数据，并将读取的字符数据存储到 cha 数组中，返回值 len 表示读取的字符数
int len = isr.read(cha);

// 将 cha 数组中从下标 0 开始、长度为 len 的部分转换成字符串，并输出到控制台
System.out.println(new String(cha, 0, len));

// 关闭 InputStreamReader 对象 isr，释放资源
isr.close();

这段代码主要使用了 Java 的 InputStreamReader 和 FileInputStream 类，从文件 demo.txt 中读取数据并将其转换为字符流，然后将读取的字符数据存储到一个字符数组中，并输出转换成字符串后的结果到控制台。

OutputStreamWriter 将一个字符流的输出对象变为字节流的输出对象，是字符流通向字节流的桥梁。

// 创建一个 File 对象 f，表示文件 test.txt
File f = new File("test.txt");

// 创建一个 OutputStreamWriter 对象 out，使用 FileOutputStream 对象将数据写入到文件 f 中，并将字节流转换成字符流
Writer out = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(f));

// 使用 write() 方法将字符串 "沉默王二!!" 写入到文件 f 中
out.write("沉默王二!!");

// 关闭 Writer 对象 out，释放资源
out.close();

使用转换流可以方便地在字节流和字符流之间进行转换。在进行文本文件读写时，通常使用字符流进行操作，而在进行网络传输或与设备进行通信时，通常使用字节流进行操作。

另外，在使用转换流时需要注意字符编码的问题。如果不指定字符编码，则使用默认的字符编码，可能会出现乱码问题。因此，建议在使用转换流时，始终指定正确的字符编码，以避免出现乱码问题。

“小二啊，你看，经过我的梳理，是不是感觉 IO 也没多少东西！针对不同的场景、不同的业务，选择对应的 IO 流就可以了，用法上就是读和写。”老王一口气讲完这些，长长的舒了一口气。