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Java 流(Stream)、文件(File)和IO详解

news 2026/5/12 0:09:50

一、Java IO 基础体系

Java IO 基于流的概念，将数据传输抽象为 “流”，分为输入流（读取数据）和输出流（写入数据）。根据处理数据类型，可分为：

  1. 字节流：处理二进制数据，基类为InputStream和OutputStream
  2. 字符流：处理文本数据，基类为Reader和Writer

核心类层次结构：

InputStream / OutputStream
├── FileInputStream / FileOutputStream
├── BufferedInputStream / BufferedOutputStream
├── DataInputStream / DataOutputStream
└── ObjectInputStream / ObjectOutputStreamReader / Writer
├── FileReader / FileWriter
├── BufferedReader / BufferedWriter
└── InputStreamReader / OutputStreamWriter
 

二、文件操作与File类

java.io.File类用于表示文件或目录的抽象路径，提供文件元数据操作（创建、删除、重命名等），但不直接处理文件内容。

常用方法示例：

import java.io.File;
import java.io.IOException;public class FileExample {public static void main(String[] args) {// 创建File对象File file = new File("example.txt");try {// 创建新文件if (file.createNewFile()) {System.out.println("文件创建成功");}// 文件信息查询System.out.println("文件是否存在: " + file.exists());System.out.println("文件大小: " + file.length() + " 字节");System.out.println("是否为目录: " + file.isDirectory());// 目录操作File dir = new File("mydir");if (dir.mkdir()) {System.out.println("目录创建成功");}// 列出目录内容File[] files = dir.listFiles();if (files != null) {for (File f : files) {System.out.println(f.getName());}}// 文件重命名File newFile = new File("new_example.txt");if (file.renameTo(newFile)) {System.out.println("文件重命名成功");}// 删除文件if (newFile.delete()) {System.out.println("文件删除成功");}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}
 

三、字节流操作

1. 文件读写（FileInputStream/FileOutputStream）

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;public class ByteStreamExample {public static void main(String[] args) {try (// 自动关闭资源的try-with-resources语句FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt");FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt")) {int byteRead;// 每次读取一个字节，返回-1表示文件末尾while ((byteRead = fis.read()) != -1) {fos.write(byteRead);}System.out.println("文件复制完成");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}
 

2. 带缓冲的字节流（BufferedInputStream/BufferedOutputStream）

通过缓冲区减少系统 IO 调用，提升性能：
import java.io.*;public class BufferedByteStreamExample {public static void main(String[] args) {try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("input.txt"));BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("output.txt"))) {byte[] buffer = new byte[8192];  // 8KB缓冲区int bytesRead;while ((bytesRead = bis.read(buffer)) != -1) {bos.write(buffer, 0, bytesRead);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}
 

四、字符流操作

1. 文件读写（FileReader/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 charRead;while ((charRead = reader.read()) != -1) {writer.write(charRead);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}
 

2. 带缓冲的字符流（BufferedReader/BufferedWriter）

import java.io.*;public class BufferedCharacterStreamExample {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;// 逐行读取while ((line = br.readLine()) != null) {bw.write(line);bw.newLine();  // 写入换行符}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}
 

五、Java NIO 与 Path API（Java 7+）

Java NIO（New IO）提供更高效的非阻塞 IO 操作，引入Path、Paths和Files类简化文件操作。

1. Path 与 Files 类基础

import java.nio.file.*;public class NIOExample {public static void main(String[] args) {try {// 创建Path对象Path path = Paths.get("example.txt");// 读取文件内容（一次性读取所有行）byte[] bytes = Files.readAllBytes(path);String content = new String(bytes);// 写入文件String data = "Hello, NIO!";Files.write(path, data.getBytes());// 文件复制Path source = Paths.get("source.txt");Path target = Paths.get("target.txt");Files.copy(source, target, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);// 目录操作Path dir = Paths.get("newdir");Files.createDirectory(dir);// 遍历目录try (DirectoryStream<Path> stream = Files.newDirectoryStream(dir)) {for (Path entry : stream) {System.out.println(entry.getFileName());}}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}
 

2. 异步文件操作（Java 7+）

 
import java.nio.file.*;
import java.util.concurrent.*;public class AsyncFileExample {public static void main(String[] args) {Path path = Paths.get("large_file.txt");// 异步读取文件CompletableFuture.runAsync(() -> {try {byte[] data = Files.readAllBytes(path);System.out.println("文件读取完成，大小: " + data.length + " 字节");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}});// 主线程继续执行其他任务System.out.println("主线程继续执行...");}
}
 

六、Java 8 Stream API 与文件处理

Java 8 引入的 Stream API 简化了集合与 IO 操作，结合Files.lines()可高效处理大文件。

1. 逐行处理大文件

 
import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;public class StreamFileExample {public static void main(String[] args) {Path path = Paths.get("large_file.txt");try (var lines = Files.lines(path)) {  // 自动关闭流lines.filter(line -> line.contains("keyword"))  // 过滤包含关键字的行.limit(10)  // 取前10条.forEach(System.out::println);  // 打印结果} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}
 

2. 并行处理文件内容

 
import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;public class ParallelStreamExample {public static void main(String[] args) {Path path = Paths.get("large_file.txt");try (var lines = Files.lines(path)) {lines.parallel()  // 转换为并行流.filter(line -> line.length() > 100)  // 过滤长文本行.map(String::toUpperCase)  // 转换为大写.forEach(System.out::println);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}
 

七、序列化与对象 IO

Java 提供对象序列化机制，允许将对象转换为字节流存储或传输。

1. 序列化对象

 
import java.io.*;// 实现Serializable接口
class Person implements Serializable {private static final long serialVersionUID = 1L;private String name;private int age;public Person(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}// Getters and setterspublic String getName() { return name; }public int getAge() { return age; }
}public class SerializationExample {public static void main(String[] args) {// 序列化try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("person.ser"))) {Person person = new Person("Alice", 30);oos.writeObject(person);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 反序列化try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("person.ser"))) {Person restoredPerson = (Person) ois.readObject();System.out.println("Name: " + restoredPerson.getName());System.out.println("Age: " + restoredPerson.getAge());} catch (IOException | ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace();}}
}
http://www.jsqmd.com/news/452812/

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