Java InputStream 和 OutputStream 实现类详解

Java InputStream 和 OutputStream 实现类详解 | 极客日志

// 通过文件路径创建
FileInputStream fis = new FileInputStream(String name);
// 通过 File 对象创建
FileInputStream fis = new FileInputStream(File file);
// 通过 FileDescriptor 创建
FileInputStream fis = new FileInputStream(FileDescriptor fdObj);

// 通过文件路径创建（覆盖模式）
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(String name);
// 通过文件路径创建（可指定追加模式）
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(String name, boolean append);
// 通过 File 对象创建（覆盖模式）
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(File file);
// 通过 File 对象创建（可指定追加模式）
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(File file, boolean append);

public class FileCopyExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用 try-with-resources 自动关闭资源（JDK 7+）
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("source.jpg");
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream("dest.jpg")) {
            byte[] buffer = new byte[8192]; // 8KB 缓冲区
            int bytesRead;
            while ((bytesRead = fis.read(buffer)) != -1) {
                fos.write(buffer, 0, bytesRead);
            }
            System.out.println("文件复制完成");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

public class AppendToFileExample {
    public static void main(String[] args) {
        String logEntry = "[" + new Date() + "] 用户登录系统\n";
        try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream("app.log", true)) {
            fos.write(logEntry.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            System.out.println("日志写入成功");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

// 使用默认缓冲区大小（8192 字节）
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(InputStream in);
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(OutputStream out);
// 指定缓冲区大小
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(InputStream in, int size);
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(OutputStream out, int size);

public class BufferedStreamPerformance {
    public static void main(String[] args) {
        String fileName = "test.dat";
        // 测试无缓冲写入
        long start = System.nanoTime();
        try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream(fileName)) {
            for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
                fos.write(i); // 单字节写入，每次都会触发系统调用
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        long end = System.nanoTime();
        System.out.println("无缓冲写入时间：" + (end - start) / 1_000_000 + " ms");
        
        // 测试缓冲写入
        start = System.nanoTime();
        try (BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(fileName))) {
            for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
                bos.write(i); // 写入到缓冲区，满 8K 时才真正写入
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        end = System.nanoTime();
        System.out.println("缓冲写入时间：" + (end - start) / 1_000_000 + " ms");
        
        // 清理
        new File(fileName).delete();
    }
}

public class MarkResetExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        byte[] data = "Hello World".getBytes();
        try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new ByteArrayInputStream(data))) {
            // 标记当前位置（起始位置）
            bis.mark(10); // 参数表示标记有效期内最多可以读取的字节数
            // 读取前 5 个字节
            byte[] buffer = new byte[5];
            bis.read(buffer);
            System.out.println("第一次读取：" + new String(buffer));
            // 重置到标记位置
            bis.reset();
            // 重新读取
            bis.read(buffer);
            System.out.println("重置后读取：" + new String(buffer));
        }
    }
}

// 使用整个字节数组作为数据源
ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(byte[] buf);
// 使用字节数组的一部分作为数据源
ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(byte[] buf, int offset, int length);

public class ByteArrayInputStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] data = "Java I/O 内存操作流示例".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
        try (ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(data)) {
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int bytesRead = bais.read(buffer);
            String result = new String(buffer, 0, bytesRead, StandardCharsets.UTF_8);
            System.out.println("读取的内容：" + result);
            // mark/reset 支持（基于数组，完全可用）
            bais.reset(); // 重置到流的开头
            System.out.println("重置后可用字节数：" + bais.available());
            // 跳过前 5 个字节
            bais.skip(5);
            byte[] remaining = bais.readAllBytes();
            System.out.println("跳过 5 字节后：" + new String(remaining, StandardCharsets.UTF_8));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

// 默认缓冲区大小 32 字节
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
// 指定初始缓冲区大小
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream(int size);

// 写入数据
void write(int b)
void write(byte[] b, int off, int len)
// 获取数据
byte[] toByteArray()
String toString()
String toString(String charsetName)
// 写入到另一个输出流
void writeTo(OutputStream out)
// 重置（清空缓冲区）
void reset()
// 当前缓冲区大小
int size()

public class ByteArrayOutputStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 场景 1：合并多个数据源
        try (ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream()) {
            // 写入不同类型的数据
            baos.write("用户名：".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            baos.write("张三\n".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            baos.write("年龄：".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            baos.write(String.valueOf(25).getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            // 获取合并后的数据
            byte[] combinedData = baos.toByteArray();
            System.out.println("合并结果:\n" + new String(combinedData, StandardCharsets.UTF_8));
            
            // 场景 2：写入到文件
            try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream("user.txt")) {
                baos.writeTo(fos);
            }
            
            // 场景 3：重用同一个流
            baos.reset();
            baos.write("新的数据".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            System.out.println("重置后：" + baos.toString(StandardCharsets.UTF_8.name()));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        // 场景 4：作为临时缓冲区处理网络数据
        byte[] networkData = simulateNetworkReceive();
        ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(networkData);
        processData(bais);
    }
    
    private static void processData(InputStream input) {
        // 处理输入流数据
        // 这里可以是解析协议、解压缩等操作
    }
    
    private static byte[] simulateNetworkReceive() {
        return "模拟的网络数据包".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
    }
}

// 需要包装另一个输出流
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(OutputStream out);
// 需要包装另一个输入流
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(InputStream in);

// 写入对象
void writeObject(Object obj)
// 写入基本类型（实现了 DataOutput 接口）
void writeInt(int v)
void writeBoolean(boolean v)
void writeUTF(String str)
// 写入字符串（Modified UTF-8 格式）
// 刷新（确保所有数据写入底层流）
void flush()
// 重置（清除已缓存的对象引用）
void reset()

// 读取对象
Object readObject()
// 读取基本类型
int readInt()
boolean readBoolean()
String readUTF()

import java.io.*;
import java.time.LocalDateTime;

// 可序列化的用户类
class User implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String username;
    private String password;
    // 敏感信息
    private transient String token; // 瞬态字段不序列化
    private LocalDateTime loginTime;

    public User(String username, String password) {
        this.username = username;
        this.password = password;
        this.loginTime = LocalDateTime.now();
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{username='" + username + "', password='" + password + "', token='" + token + "', loginTime=" + loginTime + '"';
    }
    
    // getters and setters
    public void setToken(String token) {
        this.token = token;
    }
}

public class SerializationExample {
    public static void main(String[] args) {
        String fileName = "user.ser";
        // 序列化
        try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(fileName))) {
            User user = new User("张三", "password123");
            user.setToken("auth-token-xyz");
            oos.writeObject(user);
            System.out.println("对象序列化完成：" + user);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        // 反序列化
        try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(fileName))) {
            User deserializedUser = (User) ois.readObject();
            System.out.println("对象反序列化完成：" + deserializedUser);
            // token 字段为 null，因为它被标记为 transient
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

private void writeObject(ObjectOutputStream oos) throws IOException {
    // 自定义写入逻辑
    oos.defaultWriteObject(); // 写入默认字段
    // 写入额外的数据
}

private void readObject(ObjectInputStream ois) throws IOException, ClassNotFoundException {
    // 自定义读取逻辑
    ois.defaultReadObject(); // 读取默认字段
    // 读取额外的数据并初始化
}

private void readObjectNoData() throws ObjectStreamException {
    // 当序列化流缺少该类的数据时调用
}

// 包装另一个输入流
DataInputStream dis = new DataInputStream(InputStream in);
// 包装另一个输出流
DataOutputStream dos = new DataOutputStream(OutputStream out);

// 写入基本类型
void writeBoolean(boolean v)
void writeByte(int v)
void writeShort(int v)
void writeChar(int v)
void writeInt(int v)
void writeLong(long v)
void writeFloat(float v)
void writeDouble(double v)
// 写入字符串
void writeBytes(String s) // 只写入每个字符的低字节
void writeChars(String s) // 写入完整的字符（每个字符 2 字节）
void writeUTF(String str) // 写入 UTF-8 格式字符串（先写入长度，再写入字节）
// 获取写入的字节数
int size()

// 读取基本类型
boolean readBoolean()
byte readByte()
short readShort()
char readChar()
int readInt()
long readLong()
float readFloat()
double readDouble()
// 读取字符串
String readUTF()

public class DataStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        String fileName = "data.bin";
        // 写入不同类型的数据
        try (DataOutputStream dos = new DataOutputStream(new FileOutputStream(fileName))) {
            dos.writeInt(100);
            dos.writeDouble(3.14159);
            dos.writeBoolean(true);
            dos.writeUTF("Hello World");
            dos.writeChar('A');
            System.out.println("总共写入 " + dos.size() + " 字节");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        // 按相同顺序读取
        try (DataInputStream dis = new DataInputStream(new FileInputStream(fileName))) {
            int intValue = dis.readInt();
            double doubleValue = dis.readDouble();
            boolean boolValue = dis.readBoolean();
            String strValue = dis.readUTF();
            char charValue = dis.readChar();
            System.out.println("读取结果:");
            System.out.println("int: " + intValue);
            System.out.println("double: " + doubleValue);
            System.out.println("boolean: " + boolValue);
            System.out.println("String: " + strValue);
            System.out.println("char: " + charValue);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

// 创建未连接的管道
PipedInputStream pis = new PipedInputStream();
PipedOutputStream pos = new PipedOutputStream();
// 创建时连接
PipedInputStream pis = new PipedInputStream(PipedOutputStream src);
PipedOutputStream pos = new PipedOutputStream(PipedInputStream snk);
// 指定缓冲区大小
PipedInputStream pis = new PipedInputStream(int pipeSize);
PipedInputStream pis = new PipedOutputStream(PipedOutputStream src, int pipeSize);

// 连接输入流和输出流
pis.connect(PipedOutputStream src);
pos.connect(PipedInputStream snk);

public class PipeExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 创建管道流
            PipedOutputStream pos = new PipedOutputStream();
            PipedInputStream pis = new PipedInputStream(pos);
            
            // 写入线程
            Thread writerThread = new Thread(() -> {
                try {
                    String[] messages = {"消息 1", "消息 2", "消息 3", "结束"};
                    for (String msg : messages) {
                        pos.write(msg.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
                        pos.write('\n'); // 添加换行符作为分隔符
                        System.out.println("写入：" + msg);
                        Thread.sleep(1000); // 模拟延迟
                    }
                    pos.close(); // 关闭输出流，告诉读取线程数据结束
                } catch (IOException | InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
            
            // 读取线程
            Thread readerThread = new Thread(() -> {
                try {
                    BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(pis, StandardCharsets.UTF_8));
                    String line;
                    while ((line = reader.readLine()) != null) {
                        System.out.println("读取：" + line);
                    }
                    pis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
            
            writerThread.start();
            readerThread.start();
            
            // 等待线程完成
            writerThread.join();
            readerThread.join();
        } catch (IOException | InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

public class PipeDisconnectHandling {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            PipedOutputStream pos = new PipedOutputStream();
            PipedInputStream pis = new PipedInputStream(pos);
            
            // 写入少量数据后关闭
            Thread writer = new Thread(() -> {
                try {
                    pos.write("部分数据".getBytes());
                    pos.close(); // 提前关闭
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
            
            // 延迟读取
            Thread reader = new Thread(() -> {
                try {
                    Thread.sleep(2000); // 等待写入线程结束
                    byte[] buffer = new byte[1024];
                    int bytesRead = pis.read(buffer);
                    if (bytesRead > 0) {
                        System.out.println("读取到：" + new String(buffer, 0, bytesRead));
                    }
                    // 尝试再次读取
                    bytesRead = pis.read(buffer);
                    System.out.println("第二次读取结果：" + bytesRead); // 应为 -1
                } catch (IOException | InterruptedException e) {
                    System.err.println("管道错误：" + e.getMessage());
                } finally {
                    try {
                        pis.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
            
            writer.start();
            reader.start();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

// 使用默认回退缓冲区大小（1 字节）
PushbackInputStream pbis = new PushbackInputStream(InputStream in);
// 指定回退缓冲区大小
PushbackInputStream pbis = new PushbackInputStream(InputStream in, int size);

// 推回一个字节（可以多次调用）
void unread(int b) throws IOException
// 推回整个字节数组
void unread(byte[] b) throws IOException
// 推回字节数组的一部分
void unread(byte[] b, int off, int len) throws IOException
// 可用字节数（回退缓冲区中的字节数 + 底层流可用字节数）
int available() throws IOException

public class PushbackParserExample {
    public static void main(String[] args) {
        String data = "123+456";
        try (PushbackInputStream pbis = new PushbackInputStream(new ByteArrayInputStream(data.getBytes()), 2)) {
            // 读取第一个数字
            int num1 = readNumber(pbis);
            System.out.println("第一个数字：" + num1);
            
            // 预读运算符
            int next = pbis.read();
            if (next == '+') {
                System.out.println("遇到加号运算符");
                // 读取第二个数字
                int num2 = readNumber(pbis);
                System.out.println("第二个数字：" + num2);
                System.out.println("结果：" + (num1 + num2));
            } else {
                // 如果不是运算符，推回流中
                pbis.unread(next);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    // 读取连续的数字字符，返回整数
    private static int readNumber(PushbackInputStream pbis) throws IOException {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        int b;
        while ((b = pbis.read()) != -1) {
            if (b >= '0' && b <= '9') {
                sb.append((char) b);
            } else {
                // 遇到非数字字符，推回流中
                pbis.unread(b);
                break;
            }
        }
        return sb.length() > 0 ? Integer.parseInt(sb.toString()) : 0;
    }
}

public class SimpleTokenizer {
    private PushbackInputStream input;
    private static final int BUFFER_SIZE = 1024;

    public SimpleTokenizer(InputStream input) {
        this.input = new PushbackInputStream(input, BUFFER_SIZE);
    }

    public String nextToken() throws IOException {
        skipWhitespace();
        int b = input.read();
        if (b == -1) {
            return null; // EOF
        }
        
        // 处理不同类型的 token
        if (isDigit(b)) {
            return readNumber(b);
        } else if (isLetter(b)) {
            return readWord(b);
        } else if (isOperator(b)) {
            return readOperator(b);
        } else {
            // 单个字符 token
            return String.valueOf((char) b);
        }
    }

    private String readNumber(int firstDigit) throws IOException {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append((char) firstDigit);
        while (true) {
            int b = input.read();
            if (b == -1 || !isDigit(b)) {
                if (b != -1) {
                    input.unread(b); // 推回非数字字符
                }
                break;
            }
            sb.append((char) b);
        }
        return sb.toString();
    }

    private String readWord(int firstLetter) throws IOException {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append((char) firstLetter);
        while (true) {
            int b = input.read();
            if (b == -1 || !isLetterOrDigit(b)) {
                if (b != -1) {
                    input.unread(b);
                }
                break;
            }
            sb.append((char) b);
        }
        return sb.toString();
    }

    private String readOperator(int firstChar) throws IOException {
        // 处理多字符运算符，如 ==, !=, <=, >= 等
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append((char) firstChar);
        int next = input.read();
        if (next != -1) {
            String possibleOp = sb.toString() + (char) next;
            if (isMultiCharOperator(possibleOp)) {
                sb.append((char) next);
            } else {
                input.unread(next);
            }
        }
        return sb.toString();
    }

    private void skipWhitespace() throws IOException {
        int b;
        while ((b = input.read()) != -1 && Character.isWhitespace(b)) {
            // 跳过空白字符
        }
        if (b != -1) {
            input.unread(b);
        }
    }

    private boolean isDigit(int b) {
        return b >= '0' && b <= '9';
    }

    private boolean isLetter(int b) {
        return (b >= 'a' && b <= 'z') || (b >= 'A' && b <= 'Z');
    }

    private boolean isLetterOrDigit(int b) {
        return isLetter(b) || isDigit(b) || b == '_';
    }

    private boolean isOperator(int b) {
        return b == '+' || b == '-' || b == '*' || b == '/' || b == '=' || b == '<' || b == '>' || b == '!';
    }

    private boolean isMultiCharOperator(String op) {
        return op.equals("==") || op.equals("!=") || op.equals("<=") || op.equals(">=");
    }

    public static void main(String[] args) {
        String code = "if (x <= 100) { result = 42; }";
        try (InputStream is = new ByteArrayInputStream(code.getBytes())) {
            SimpleTokenizer tokenizer = new SimpleTokenizer(is);
            String token;
            while ((token = tokenizer.nextToken()) != null) {
                System.out.println("Token: " + token);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

// 包装 OutputStream
PrintStream ps = new PrintStream(OutputStream out);
PrintStream ps = new PrintStream(OutputStream out, boolean autoFlush);
PrintStream ps = new PrintStream(OutputStream out, boolean autoFlush, String encoding);
// 直接创建文件流
PrintStream ps = new PrintStream(String fileName);
PrintStream ps = new PrintStream(String fileName, String encoding);
PrintStream ps = new PrintStream(File file);

// 打印不换行
void print(boolean b)
void print(char c)
void print(int i)
void print(long l)
void print(float f)
void print(double d)
void print(char[] s)
void print(String s)
void print(Object obj)
// 打印并换行
void println()
void println(boolean x)
// ... 各种类型的 println 重载
// 格式化输出
PrintStream printf(String format, Object... args)
PrintStream format(String format, Object... args)

// 检查是否发生错误
boolean checkError()
// 清除错误状态（protected 方法）
protected void clearError()

public class PrintStreamBasicExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (PrintStream ps = new PrintStream("output.txt", "UTF-8")) {
            // 各种打印方法
            ps.print(true);
            ps.print(' ');
            ps.print(123);
            ps.print(' ');
            ps.print(3.14159);
            ps.println(); // 换行
            ps.println("这是一行文本");
            ps.println(new Object());
            
            // 格式化输出
            ps.printf("姓名：%s，年龄：%d，身高：%.2f 米%n", "张三", 25, 1.75);
            
            // 格式化并返回 PrintStream，支持链式调用
            ps.format("圆周率：%.10f%n", Math.PI)
               .format("当前时间：%tF %<tT%n", new Date());
            
            // 检查错误状态
            if (ps.checkError()) {
                System.err.println("写入过程中发生错误");
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

public class RedirectSystemOutExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 保存原始 System.out
        PrintStream originalOut = System.out;
        try {
            // 创建文件输出流
            PrintStream fileOut = new PrintStream(new FileOutputStream("console.log", true), true, "UTF-8");
            
            // 重定向 System.out
            System.setOut(fileOut);
            
            // 这些输出会写入文件
            System.out.println("这是写入文件的第一行");
            System.out.printf("当前时间：%tF %<tT%n", new Date());
            
            // 创建日志记录
            logMessage("系统启动");
            logMessage("用户登录");
            System.out.println("写入完成");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 恢复原始 System.out
            System.setOut(originalOut);
            System.out.println("已恢复控制台输出");
        }
    }
    
    private static void logMessage(String message) {
        // 此时 System.out 已被重定向
        System.out.printf("[%tF %<tT] %s%n", new Date(), message);
    }
}

public class Logger {
    private PrintStream out;
    private PrintStream err;
    private boolean debugEnabled;

    public Logger(String logFile) throws IOException {
        // 普通日志输出到文件
        this.out = new PrintStream(new FileOutputStream(logFile, true), true, "UTF-8");
        // 错误日志同时输出到文件和标准错误
        this.err = new PrintStream(new TeeOutputStream(System.err, new FileOutputStream(logFile + ".err", true)), true, "UTF-8");
    }

    public void info(String format, Object... args) {
        out.printf("[INFO] " + format + "%n", args);
    }

    public void error(String format, Object... args) {
        err.printf("[ERROR] " + format + "%n", args);
    }

    public void debug(String format, Object... args) {
        if (debugEnabled) {
            out.printf("[DEBUG] " + format + "%n", args);
        }
    }

    public void setDebugEnabled(boolean enabled) {
        this.debugEnabled = enabled;
    }

    public void close() {
        out.close();
        err.close();
    }

    // 辅助类：将输出同时写入两个流
    private static class TeeOutputStream extends OutputStream {
        private OutputStream out1;
        private OutputStream out2;

        public TeeOutputStream(OutputStream out1, OutputStream out2) {
            this.out1 = out1;
            this.out2 = out2;
        }

        @Override
        public void write(int b) throws IOException {
            out1.write(b);
            out2.write(b);
        }

        @Override
        public void flush() throws IOException {
            out1.flush();
            out2.flush();
        }

        @Override
        public void close() throws IOException {
            try {
                out1.close();
            } finally {
                out2.close();
            }
        }
    }
}

// 自定义过滤流：将读取的字节转换为大写
public class UpperCaseInputStream extends FilterInputStream {
    protected UpperCaseInputStream(InputStream in) {
        super(in);
    }

    @Override
    public int read() throws IOException {
        int b = super.read();
        return (b == -1) ? -1 : Character.toUpperCase(b);
    }

    @Override
    public int read(byte[] b, int off, int len) throws IOException {
        int bytesRead = super.read(b, off, len);
        if (bytesRead > 0) {
            for (int i = off; i < off + bytesRead; i++) {
                b[i] = (byte) Character.toUpperCase(b[i] & 0xFF);
            }
        }
        return bytesRead;
    }
}

// 自定义过滤流：计算写入数据的 CRC32 校验和
public class CRCOutputStream extends FilterOutputStream {
    private CRC32 crc = new CRC32();
    private long bytesWritten = 0;

    public CRCOutputStream(OutputStream out) {
        super(out);
    }

    @Override
    public void write(int b) throws IOException {
        out.write(b);
        crc.update(b);
        bytesWritten++;
    }

    @Override
    public void write(byte[] b, int off, int len) throws IOException {
        out.write(b, off, len);
        crc.update(b, off, len);
        bytesWritten += len;
    }

    public long getCRCValue() {
        return crc.getValue();
    }

    public long getBytesWritten() {
        return bytesWritten;
    }
}

// 使用示例
public class CustomFilterExample {
    public static void main(String[] args) {
        String data = "hello world";
        
        // 使用 UpperCaseInputStream
        try (InputStream is = new UpperCaseInputStream(new ByteArrayInputStream(data.getBytes()))) {
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int bytesRead = is.read(buffer);
            System.out.println("大写转换结果：" + new String(buffer, 0, bytesRead));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        // 使用 CRCOutputStream
        try (CRCOutputStream cos = new CRCOutputStream(new FileOutputStream("test.dat"))) {
            cos.write(data.getBytes());
            cos.write("\n第二行".getBytes());
            System.out.println("写入字节数：" + cos.getBytesWritten());
            System.out.println("CRC32 校验和：" + Long.toHexString(cos.getCRCValue()));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

// 使用枚举
SequenceInputStream sis = new SequenceInputStream(Enumeration<? extends InputStream> e);
// 使用两个流
SequenceInputStream sis = new SequenceInputStream(InputStream s1, InputStream s2);

public class SequenceInputStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 准备多个数据源
        String[] data = {"第一部分数据\n", "第二部分数据\n", "第三部分数据\n"};
        List<InputStream> streams = new ArrayList<>();
        for (String d : data) {
            streams.add(new ByteArrayInputStream(d.getBytes()));
        }
        
        // 创建枚举
        Enumeration<InputStream> enumeration = Collections.enumeration(streams);
        
        // 合并流
        try (SequenceInputStream sis = new SequenceInputStream(enumeration);
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream("combined.txt")) {
            byte[] buffer = new byte[8192];
            int bytesRead;
            while ((bytesRead = sis.read(buffer)) != -1) {
                fos.write(buffer, 0, bytesRead);
            }
            System.out.println("所有数据已合并到 combined.txt");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        // 读取合并后的文件验证
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("combined.txt")) {
            byte[] content = fis.readAllBytes();
            System.out.println("合并文件内容:\n" + new String(content));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

// 需要指定 Checksum 实现
CheckedInputStream cis = new CheckedInputStream(InputStream in, Checksum cksum);
CheckedOutputStream cos = new CheckedOutputStream(OutputStream out, Checksum cksum);
// 获取校验和
Checksum getChecksum()

import java.util.zip.CRC32;
import java.util.zip.Adler32;
import java.util.zip.CheckedInputStream;
import java.util.zip.CheckedOutputStream;

public class ChecksumExample {
    // 计算文件的 CRC32 校验和
    public static long calculateCRC32(String filePath) throws IOException {
        try (CheckedInputStream cis = new CheckedInputStream(new FileInputStream(filePath), new CRC32())) {
            byte[] buffer = new byte[8192];
            while (cis.read(buffer) != -1) { // 持续读取，校验和在内部自动更新
            }
            return cis.getChecksum().getValue();
        }
    }

    // 复制文件并同时计算校验和
    public static long copyWithChecksum(String source, String dest) throws IOException {
        try (CheckedInputStream cis = new CheckedInputStream(new FileInputStream(source), new CRC32());
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream(dest)) {
            byte[] buffer = new byte[8192];
            int bytesRead;
            while ((bytesRead = cis.read(buffer)) != -1) {
                fos.write(buffer, 0, bytesRead);
            }
            return cis.getChecksum().getValue();
        }
    }

    // 写入数据并计算校验和
    public static void writeWithChecksum(String filePath, byte[] data) throws IOException {
        try (CheckedOutputStream cos = new CheckedOutputStream(new FileOutputStream(filePath), new Adler32())) {
            cos.write(data);
            cos.flush();
            long checksum = cos.getChecksum().getValue();
            System.out.printf("写入完成，Adler32 校验和：0x%x%n", checksum);
            
            // 将校验和单独保存
            try (FileOutputStream ckFile = new FileOutputStream(filePath + ".cksum")) {
                DataOutputStream dos = new DataOutputStream(ckFile);
                dos.writeLong(checksum);
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            String testFile = "testdata.bin";
            
            // 生成测试数据
            byte[] data = new byte[1024 * 1024]; // 1MB
            new Random().nextBytes(data);
            
            // 写入数据并计算校验和
            writeWithChecksum(testFile, data);
            
            // 读取文件并验证校验和
            long calculatedCRC = calculateCRC32(testFile);
            System.out.printf("读取文件的 CRC32 校验和：0x%x%n", calculatedCRC);
            
            // 复制文件并验证校验和是否一致
            String copyFile = "copy_" + testFile;
            long copyCRC = copyWithChecksum(testFile, copyFile);
            System.out.printf("复制文件的 CRC32 校验和：0x%x%n", copyCRC);
            
            if (calculatedCRC == copyCRC) {
                System.out.println("校验和一致，文件复制正确");
            } else {
                System.out.println("校验和不一致，文件可能损坏");
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

// 压缩输出流
GZIPOutputStream gzos = new GZIPOutputStream(OutputStream out);
GZIPOutputStream gzos = new GZIPOutputStream(OutputStream out, int size); // 指定缓冲区大小
// 解压缩输入流
GZIPInputStream gzis = new GZIPInputStream(InputStream in);
GZIPInputStream gzis = new GZIPInputStream(InputStream in, int size);

import java.util.zip.GZIPInputStream;
import java.util.zip.GZIPOutputStream;

public class GZIPExample {
    // 压缩文件
    public static void compressFile(String sourceFile, String gzipFile) throws IOException {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream(sourceFile);
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream(gzipFile);
             GZIPOutputStream gzos = new GZIPOutputStream(fos)) {
            byte[] buffer = new byte[8192];
            int bytesRead;
            while ((bytesRead = fis.read(buffer)) != -1) {
                gzos.write(buffer, 0, bytesRead);
            }
            // GZIPOutputStream 需要 finish() 来写入压缩数据尾部
            gzos.finish();
            System.out.println("文件已压缩：" + gzipFile);
        }
    }

    // 解压缩文件
    public static void decompressFile(String gzipFile, String outputFile) throws IOException {
        try (GZIPInputStream gzis = new GZIPInputStream(new FileInputStream(gzipFile));
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream(outputFile)) {
            byte[] buffer = new byte[8192];
            int bytesRead;
            while ((bytesRead = gzis.read(buffer)) != -1) {
                fos.write(buffer, 0, bytesRead);
            }
            System.out.println("文件已解压缩：" + outputFile);
        }
    }

    // 压缩数据流
    public static byte[] compressData(byte[] data) throws IOException {
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        try (GZIPOutputStream gzos = new GZIPOutputStream(baos)) {
            gzos.write(data);
            gzos.finish();
        }
        return baos.toByteArray();
    }

    // 解压缩数据流
    public static byte[] decompressData(byte[] compressedData) throws IOException {
        ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(compressedData);
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        try (GZIPInputStream gzis = new GZIPInputStream(bais)) {
            byte[] buffer = new byte[8192];
            int bytesRead;
            while ((bytesRead = gzis.read(buffer)) != -1) {
                baos.write(buffer, 0, bytesRead);
            }
        }
        return baos.toByteArray();
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 创建测试文件
            String testFile = "test.txt";
            try (FileWriter fw = new FileWriter(testFile)) {
                for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                    fw.write("这是一行测试文本，用于演示 GZIP 压缩功能。\n");
                }
            }
            
            // 压缩文件
            String gzipFile = "test.txt.gz";
            compressFile(testFile, gzipFile);
            
            // 检查压缩效果
            File original = new File(testFile);
            File compressed = new File(gzipFile);
            System.out.printf("原始大小：%d bytes%n", original.length());
            System.out.printf("压缩后大小：%d bytes%n", compressed.length());
            System.out.printf("压缩率：%.2f%%%n", (1 - (double) compressed.length() / original.length()) * 100);
            
            // 解压缩文件
            String decompressedFile = "decompressed.txt";
            decompressFile(gzipFile, decompressedFile);
            
            // 验证解压缩后内容相同
            String originalContent = new String(java.nio.file.Files.readAllBytes(original.toPath()));
            String decompressedContent = new String(java.nio.file.Files.readAllBytes(new File(decompressedFile).toPath()));
            System.out.println("内容相同：" + originalContent.equals(decompressedContent));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

import java.util.zip.*;

public class ZipExample {
    // 创建 ZIP 文件
    public static void createZipFile(String zipFileName, Map<String, byte[]> files) throws IOException {
        try (ZipOutputStream zos = new ZipOutputStream(new FileOutputStream(zipFileName))) {
            for (Map.Entry<String, byte[]> entry : files.entrySet()) {
                // 创建 ZIP 条目
                ZipEntry zipEntry = new ZipEntry(entry.getKey());
                zos.putNextEntry(zipEntry);
                // 写入文件数据
                zos.write(entry.getValue());
                // 关闭当前条目
                zos.closeEntry();
            }
            System.out.println("ZIP 文件创建完成：" + zipFileName);
        }
    }

    // 读取 ZIP 文件
    public static void readZipFile(String zipFileName) throws IOException {
        try (ZipInputStream zis = new ZipInputStream(new FileInputStream(zipFileName))) {
            ZipEntry entry;
            byte[] buffer = new byte[8192];
            while ((entry = zis.getNextEntry()) != null) {
                System.out.println("读取条目：" + entry.getName());
                System.out.println("  大小：" + entry.getSize() + " bytes");
                System.out.println("  压缩后大小：" + entry.getCompressedSize() + " bytes");
                System.out.println("  方法：" + (entry.getMethod() == ZipEntry.DEFLATED ? "DEFLATED" : "STORED"));
                
                // 读取条目内容
                ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
                int bytesRead;
                while ((bytesRead = zis.read(buffer)) != -1) {
                    baos.write(buffer, 0, bytesRead);
                }
                System.out.println("  内容长度：" + baos.size() + " bytes");
                System.out.println();
                zis.closeEntry();
            }
        }
    }

    // 使用 ZipFile 随机访问 ZIP 条目（推荐用于大量文件）
    public static void readWithZipFile(String zipFileName) throws IOException {
        try (ZipFile zipFile = new ZipFile(zipFileName)) {
            Enumeration<? extends ZipEntry> entries = zipFile.entries();
            while (entries.hasMoreElements()) {
                ZipEntry entry = entries.nextElement();
                System.out.println("ZIP 条目：" + entry.getName());
                // 直接获取输入流读取内容
                try (InputStream is = zipFile.getInputStream(entry)) {
                    byte[] content = is.readAllBytes();
                    System.out.println("  内容大小：" + content.length);
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 准备要压缩的文件
            Map<String, byte[]> files = new HashMap<>();
            files.put("document.txt", "这是文档内容".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            files.put("data.bin", new byte[1000]);
            files.put("subdir/notes.txt", "这是子目录中的笔记".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            
            // 创建 ZIP 文件
            String zipFile = "archive.zip";
            createZipFile(zipFile, files);
            
            // 读取 ZIP 文件
            System.out.println("\n使用 ZipInputStream 读取:");
            readZipFile(zipFile);
            System.out.println("\n使用 ZipFile 读取:");
            readWithZipFile(zipFile);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

// 一个典型的组合流示例
InputStream input = new BufferedInputStream(
    new GZIPInputStream(
        new FileInputStream("data.gz"
    )
);
// 基础文件输入

public class StreamCombinations {
    // 高效读取压缩的序列化对象
    public static Object readCompressedObject(String file) throws IOException, ClassNotFoundException {
        try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(
                 new BufferedInputStream(
                     new GZIPInputStream(
                         new FileInputStream(file)
                     )
                 )
             )) {
            return ois.readObject();
        }
    }

    // 写入带校验和的压缩数据
    public static void writeCompressedWithChecksum(String file, byte[] data) throws IOException {
        try (CheckedOutputStream cos = new CheckedOutputStream(
                 new GZIPOutputStream(
                     new BufferedOutputStream(
                         new FileOutputStream(file)
                     )
                 ),
                 new CRC32()
             )) {
            cos.write(data);
            cos.flush();
            System.out.printf("数据 CRC32: 0x%x%n", cos.getChecksum().getValue());
        }
    }

    // 网络数据传输组合
    public static void sendObjectOverNetwork(Socket socket, Object obj) throws IOException {
        try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(
                 new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream()))) {
            oos.writeObject(obj);
            oos.flush();
        }
    }

    // 读取配置文件（使用 PushbackInputStream 处理注释）
    public static Properties readConfig(String file) throws IOException {
        Properties props = new Properties();
        try (PushbackInputStream pbis = new PushbackInputStream(
                 new BufferedInputStream(
                     new FileInputStream(file)
                 ), 2)) {
            StringBuilder currentLine = new StringBuilder();
            int b;
            while ((b = pbis.read()) != -1) {
                // 检查是否是注释行（以#开头）
                if (b == '#') {
                    // 跳过整行
                    while ((b = pbis.read()) != -1 && b != '\n') {
                        // 跳过注释内容
                    }
                    continue;
                }
                
                // 处理非注释行
                currentLine.append((char) b);
                
                // 如果遇到换行符，处理这一行
                if (b == '\n') {
                    String line = currentLine.toString().trim();
                    if (!line.isEmpty()) {
                        // 解析属性行
                        String[] parts = line.split("=", 2);
                        if (parts.length == 2) {
                            props.setProperty(parts[0].trim(), parts[1].trim());
                        }
                    }
                    currentLine = new StringBuilder();
                }
            }
        }
        return props;
    }
}

public class BufferSizeOptimization {
    // 根据设备特性选择缓冲区大小
    public static int getOptimalBufferSize() {
        // 对于 HDD，建议 64KB
        // 对于 SSD，建议 16KB-32KB
        // 对于网络流，建议 8KB-16KB
        String os = System.getProperty("os.name").toLowerCase();
        if (os.contains("linux")) {
            // Linux 通常使用 4KB 页大小，缓冲区设为 4KB 的倍数
            return 8192; // 8KB
        } else if (os.contains("win")) {
            // Windows 通常使用 64KB 的簇大小
            return 65536; // 64KB
        } else {
            return 16384; // 16KB 默认值
        }
    }

    // 智能缓冲流创建
    public static InputStream createOptimizedInputStream(File file) throws IOException {
        int bufferSize = getOptimalBufferSize();
        return new BufferedInputStream(new FileInputStream(file), bufferSize);
    }
}

public class CommonPitfalls {
    // 错误：没有使用缓冲
    public static void badCopy(File source, File dest) throws IOException {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream(source);
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream(dest)) {
            int b;
            while ((b = fis.read()) != -1) {
                // 单字节读取，性能极差
                fos.write(b);
            }
        }
    }

    // 正确：使用缓冲
    public static void goodCopy(File source, File dest) throws IOException {
        try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(source));
             BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(dest))) {
            byte[] buffer = new byte[8192];
            int bytesRead;
            while ((bytesRead = bis.read(buffer)) != -1) {
                bos.write(buffer, 0, bytesRead);
            }
        }
    }

    // 错误：不正确的编码处理
    public static void badEncodingHandling(String file) throws IOException {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream(file)) {
            byte[] data = fis.readAllBytes();
            String text = new String(data); // 使用平台默认编码，可能乱码
            System.out.println(text);
        }
    }

    // 正确：指定编码
    public static void goodEncodingHandling(String file) throws IOException {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream(file)) {
            byte[] data = fis.readAllBytes();
            String text = new String(data, StandardCharsets.UTF_8);
            System.out.println(text);
        }
    }

    // 错误：关闭顺序不当
    public static void badCloseOrder(String file) throws IOException {
        GZIPOutputStream gzos = null;
        FileOutputStream fos = null;
        try {
            fos = new FileOutputStream(file);
            gzos = new GZIPOutputStream(fos);
            gzos.write("data".getBytes());
        } finally {
            gzos.close(); // 先关闭包装流
            fos.close();  // 后关闭底层流 - GZIPOutputStream 已经关闭了它
        }
    }

    // 正确：try-with-resources 自动处理
    public static void goodCloseOrder(String file) throws IOException {
        try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);
             GZIPOutputStream gzos = new GZIPOutputStream(fos)) {
            gzos.write("data".getBytes());
        }
        // 自动关闭，顺序正确（后创建的先关闭）
    }
}

public class ExceptionHandlingBestPractices {
    // 完整的异常处理模式
    public static void safeFileCopy(File source, File dest) {
        // 使用 try-with-resources 自动关闭资源（JDK 7+）
        try (InputStream in = new BufferedInputStream(new FileInputStream(source));
             OutputStream out = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(dest))) {
            byte[] buffer = new byte[8192];
            int bytesRead;
            while ((bytesRead = in.read(buffer)) != -1) {
                out.write(buffer, 0, bytesRead);
            }
            out.flush(); // 确保所有数据写入
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.err.println("文件未找到：" + e.getMessage());
            // 根据业务需求处理，可能是创建文件或抛出业务异常
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("I/O 错误：" + e.getMessage());
            // 记录日志，可能重试或通知用户
            e.printStackTrace();
        } catch (SecurityException e) {
            System.err.println("没有权限访问文件：" + e.getMessage());
            // 权限不足的处理
        }
    }

    // 处理部分写入的情况
    public static void robustWrite(File file, byte[] data) throws IOException {
        try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file)) {
            int written = 0;
            int remaining = data.length;
            while (remaining > 0) {
                int bytesToWrite = Math.min(remaining, 8192);
                fos.write(data, written, bytesToWrite);
                written += bytesToWrite;
                remaining -= bytesToWrite;
            }
            System.out.printf("成功写入 %d 字节到 %s%n", written, file);
        }
    }

    // 使用 finally 确保资源关闭（JDK 6 及之前版本）
    public static void legacyResourceHandling(String file) {
        InputStream in = null;
        try {
            in = new FileInputStream(file);
            // 处理数据
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (in != null) {
                try {
                    in.close();
                } catch (IOException e) {
                    // 记录关闭异常，但不应掩盖原始异常
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

实现类	类型	主要用途	特点	适用场景
FileInputStream/FileOutputStream	节点流	文件读写	基础文件操作	所有文件 I/O 的基础
BufferedInputStream/BufferedOutputStream	处理流	缓冲功能	提高性能，减少 I/O 次数	所有需要提高性能的场景
ByteArrayInputStream/ByteArrayOutputStream	节点流	内存操作	速度快，无需关闭	临时数据存储、数据转换
ObjectInputStream/ObjectOutputStream	处理流	对象序列化	保存和恢复对象	对象持久化、RMI
DataInputStream/DataOutputStream	处理流	基本类型读写	平台无关的二进制数据	网络协议、二进制文件格式
PipedInputStream/PipedOutputStream	节点流	线程间通信	阻塞式管道通信	生产者 - 消费者模式
PushbackInputStream	处理流	回退功能	允许重新读取	语法解析、协议解析
PrintStream	处理流	格式化输出	方便的打印方法	日志输出、System.out
SequenceInputStream	处理流	流合并	合并多个输入流	文件合并、分段数据处理
GZIPInputStream/GZIPOutputStream	处理流	数据压缩	GZIP 格式压缩	文件压缩、网络传输优化
ZipInputStream/ZipOutputStream	处理流	ZIP 文件处理	支持多条目	ZIP 档案操作
CheckedInputStream/CheckedOutputStream	处理流	校验和计算	数据完整性验证	文件传输验证、存储校验

Java InputStream 和 OutputStream 实现类详解

Java InputStream 和 OutputStream 实现类详解

引言：Java I/O 体系概述

第一部分：文件操作流

1.1 FileInputStream 和 FileOutputStream

1.1.1 基本概念

1.1.2 构造方法

1.1.3 核心方法

1.1.4 使用示例

1.1.5 性能考虑

1.2 FileInputStream 的内部工作原理

第二部分：缓冲流

2.1 BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream

2.1.1 基本概念

2.1.2 工作原理

2.1.3 构造方法

2.1.4 性能对比示例

2.1.5 重要注意事项

2.2 缓冲流的缓冲区大小选择

第三部分：内存操作流

3.1 ByteArrayInputStream 和 ByteArrayOutputStream

3.1.1 基本概念

3.1.2 特点

3.1.3 ByteArrayInputStream 详解

3.1.4 ByteArrayOutputStream 详解

3.3 其他内存操作流

第四部分：对象序列化流

4.1 ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream

4.1.1 基本概念

4.1.2 序列化要求

4.1.3 构造方法

4.1.4 核心方法

4.1.5 使用示例

4.1.6 自定义序列化

4.1.7 序列化注意事项

第五部分：数据流

5.1 DataInputStream 和 DataOutputStream

5.1.1 基本概念

5.1.2 特点

5.1.3 构造方法

5.1.4 核心方法

5.1.5 使用示例

5.1.6 UTF-8 字符串格式说明

第六部分：管道流

6.1 PipedInputStream 和 PipedOutputStream

6.1.1 基本概念

6.1.2 特点

6.1.3 构造方法

6.1.4 连接方法

6.1.5 使用示例

6.1.6 注意事项

第七部分：回退输入流

7.1 PushbackInputStream

7.1.1 基本概念

7.1.2 工作原理

7.1.3 构造方法

7.1.4 核心方法

7.1.5 使用示例

7.1.6 性能考虑

第八部分：打印流

8.1 PrintStream

8.1.1 基本概念

8.1.2 特点

8.1.3 构造方法

8.1.4 核心方法

8.1.5 使用示例

8.1.6 重要注意事项

第九部分：过滤流

9.1 FilterInputStream 和 FilterOutputStream

9.1.1 基本概念

9.1.2 自定义过滤流示例

第十部分：序列输入流

10.1 SequenceInputStream

10.1.1 基本概念

10.1.2 构造方法

10.1.3 使用示例

10.1.4 注意事项

第十一部分：校验和流

11.1 CheckedInputStream 和 CheckedOutputStream

11.1.1 基本概念