Chapter 16 · IO 流与文件操作

把数据从一个地方搬到另一个地方 — 文件、网络、内存、屏幕。

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🎯 本章目标

• 理解 流（Stream） 的概念
• 区分 字节流 vs 字符流、输入流 vs 输出流
• 掌握 BufferedReader/Writer、FileInputStream/OutputStream
• 学会 NIO.2 现代文件 API（Files / Path）
• 用对 try-with-resources 自动关流

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1. 什么是流？

数据从源头到目的地的"管道"。

生活类比：

• 水龙头到水桶 = 输入流（读）
• 水桶到水龙头 = 输出流（写）

数据可能是 字节（图片、视频、压缩包），也可能是 字符（文本）。

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2. 流的四大分类

维度	分类
方向	输入 Input（读）/ 输出 Output（写）
单位	字节流 Byte（8 位）/ 字符流 Character（16 位）
功能	节点流（直接连数据源）/ 处理流（包装其他流，加功能）

类型	顶层抽象类	典型实现
字节输入流	InputStream	FileInputStream, BufferedInputStream
字节输出流	OutputStream	FileOutputStream, BufferedOutputStream
字符输入流	Reader	FileReader, BufferedReader
字符输出流	Writer	FileWriter, BufferedWriter, PrintWriter

💡 何时用哪种？

• 文本（.txt, .csv, .json, .xml） → 字符流（处理编码）
• 二进制（.jpg, .mp4, .zip） → 字节流

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3. 字节流读写

3.1 复制一张图片

try (FileInputStream in = new FileInputStream("source.jpg");
     FileOutputStream out = new FileOutputStream("copy.jpg")) {
    byte[] buf = new byte[4096];
    int n;
    while ((n = in.read(buf)) != -1) {
        out.write(buf, 0, n);
    }
}

3.2 包装成缓冲流（性能 100x！）

try (BufferedInputStream in = new BufferedInputStream(new FileInputStream("source.jpg"));
     BufferedOutputStream out = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("copy.jpg"))) {
    int b;
    while ((b = in.read()) != -1) {
        out.write(b);
    }
}

💡 为什么缓冲流快？把多次系统调用合并成一次（默认 8KB 缓冲）。

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4. 字符流读写

4.1 逐行读取文本文件

try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("a.txt"))) {
    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) {
        System.out.println(line);
    }
}

4.2 写文本

try (BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("b.txt"))) {
    bw.write("Hello\n");
    bw.write("World\n");
}

// 或者用 PrintWriter（自带 println）
try (PrintWriter pw = new PrintWriter("c.txt")) {
    pw.println("Hello");
    pw.printf("年龄 %d%n", 25);
}

4.3 处理编码（重要！）

// ⚠️ FileReader 用系统默认编码，跨平台坑
new FileReader("a.txt");  

// ✅ 显式指定编码
new InputStreamReader(new FileInputStream("a.txt"), StandardCharsets.UTF_8);

// JDK 11+ 简化
Files.newBufferedReader(Paths.get("a.txt"), StandardCharsets.UTF_8);

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5. NIO.2：现代化文件 API（JDK 7+）

旧 File 类很烂（命名混乱、错误信息差），JDK 7 引入 NIO.2：Path + Files。

5.1 Path 路径

Path p1 = Paths.get("data.txt");
Path p2 = Paths.get("/tmp", "logs", "app.log");
Path abs = p1.toAbsolutePath();
String fileName = p1.getFileName().toString();

5.2 Files 工具类（一行干完所有事）

// 读
String text = Files.readString(Paths.get("a.txt"));
List<String> lines = Files.readAllLines(Paths.get("a.txt"));
byte[] bytes = Files.readAllBytes(Paths.get("img.jpg"));

// 写
Files.writeString(Paths.get("b.txt"), "Hello");
Files.write(Paths.get("c.txt"), List.of("a", "b", "c"));

// 文件操作
Files.exists(p);
Files.size(p);
Files.delete(p);
Files.copy(src, dst, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);
Files.move(src, dst);
Files.createDirectory(Paths.get("logs"));
Files.createDirectories(Paths.get("a/b/c"));

// 流式读（大文件友好）
try (Stream<String> stream = Files.lines(Paths.get("big.log"))) {
    stream.filter(l -> l.contains("ERROR"))
          .forEach(System.out::println);
}

5.3 遍历目录

try (Stream<Path> walk = Files.walk(Paths.get("."))) {
    walk.filter(Files::isRegularFile)
        .filter(p -> p.toString().endsWith(".java"))
        .forEach(System.out::println);
}

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6. 序列化与反序列化

把对象转成字节流，可以保存到磁盘 / 网络传输。

class Person implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    String name;
    int age;
    transient String password;     // transient 不参与序列化
}

// 序列化
try (ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("p.dat"))) {
    out.writeObject(new Person("张三", 25));
}

// 反序列化
try (ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream("p.dat"))) {
    Person p = (Person) in.readObject();
}

⚠️ 现代项目少用 Java 原生序列化！

• 性能差、体积大
• 安全漏洞频出（CVE 一抓一大把）
• 推荐 JSON（Jackson、Gson） 或 Protobuf

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7. 实战练习

文件	内容
FileCopyDemo.java	复制文件（字节流 + 缓冲）
TextReadDemo.java	文本读写 + 编码
Nio2Demo.java	NIO.2 现代 API
DirectoryWalker.java	遍历目录
LogAnalyzer.java	实战：日志分析器

💡 运行前请创建 data/ 目录 并放入测试文件，或代码会自动生成 demo 数据。

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8. 浏览器演示

打开 demo.html：

• IO 流分类树
• 性能对比（带缓冲 vs 不带）
• 文本编码可视化

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9. 面试可能会问什么？

Q1: 字节流和字符流区别？

维度	字节流	字符流
单位	byte (8 位)	char (16 位)
适用	二进制（图片、音视频）	文本
编码	不处理	自动按 charset 解码
顶层	InputStream / OutputStream	Reader / Writer

Q2: 为什么要用缓冲流？

减少系统调用次数。FileInputStream.read() 每读一字节都要陷入内核态，缓冲流一次读 8KB 到内存，大幅提升性能（10~100 倍）。

Q3: try-with-resources 的优势？

1. 自动关流，逆序关闭
2. 异常时也能关
3. 减少嵌套 try-finally
4. 资源对象必须实现 AutoCloseable

Q4: NIO 和 IO 区别？

	IO（BIO）	NIO
流向	单向	双向（Channel）
数据	流式	Buffer
阻塞	阻塞	非阻塞（可选）
多路复用	不支持	Selector
适用	简单、连接少	高并发、连接多

Q5: serialVersionUID 是什么？

类序列化的版本号，反序列化时如果对不上 → InvalidClassException。总是显式声明，否则编译器会基于类结构生成，类一改就反序列化失败。

Q6: transient 关键字？

修饰字段，告诉序列化机制 跳过它。常用于密码、敏感数据、临时字段。

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🎁 本章小结

✅ 流 = 数据搬运管道
✅ 字节流处理二进制；字符流处理文本（注意编码）
✅ 缓冲流大幅提升性能
✅ NIO.2 (Files/Path) 是现代首选
✅ try-with-resources 自动关流
✅ Java 原生序列化已过时，用 JSON

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