Java IO 流是处理输入输出的 API，位于 java.io 包中，用于程序与外部设备间传输数据。文章详细阐述了按流向（输入/输出）和数据类型（字节/字符）的分类，对比了 FileInputStream/FileOutputStream 与 FileReader/Writer 的使用差异。通过代码示例展示了 try-with-resources 资源管理、BufferedStream 效率优化、InputStreamReader 编码转换及 Serializable 对象序列化的具体实现，并总结了文件未找到、权限不足、乱码等常见问题的排查方法。
学习目标：理解 IO 流的基本概念和分类，掌握字节流、字符流的使用方法，了解缓冲流、转换流、对象流等高级流的应用。
重点：字节流与字符流的区别、缓冲流的原理、对象的序列化与反序列化。
IO 流（Input/Output Stream）是 Java 中用于处理输入和输出的 API，位于 java.io 包中。IO 流的作用是在程序和外部设备之间传输数据，外部设备包括文件、网络、键盘、显示器等。
IO 流的分类：
字节流是处理字节数据的流，所有字节流类都继承自 InputStream（输入字节流）或 OutputStream（输出字节流）。
常用的字节输入流类包括：
示例：使用 FileInputStream 读取文件的内容
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
public class TestFileInputStream {
public static void main(String[] args) {
File file = new File("test.txt");
FileInputStream fis = null;
try {
fis = new FileInputStream(file);
byte[] buffer = new byte[1024];
int length;
while ((length = fis.read(buffer)) != -1) {
System.out.println(new String(buffer, 0, length));
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (fis != null) {
try {
fis.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
⚠️ 注意：在使用完 IO 流后，必须关闭流以释放资源。可以使用 try-catch-finally 语句或 try-with-resources 语句（JDK 7 及以后）来关闭流。
使用 try-with-resources 语句的示例：
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
public class TestFileInputStream2 {
public static void main(String[] args) {
File file = new File("test.txt");
try (FileInputStream fis = new FileInputStream(file)) {
byte[] buffer = new byte[1024];
int length;
while ((length = fis.read(buffer)) != -1) {
System.out.println(new String(buffer, 0, length));
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
常用的字节输出流类包括：
示例：使用 FileOutputStream 向文件中写入内容
import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
public class TestFileOutputStream {
public static void main(String[] args) {
File file = new File("test.txt");
try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file)) {
String content = "Hello, Java IO Stream!";
fos.write(content.getBytes());
System.out.println("内容已写入文件");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
⚠️ 注意：使用 FileOutputStream 向文件中写入内容时，如果文件不存在，会自动创建文件；如果文件已存在，会覆盖文件的内容。如果需要在文件的末尾追加内容，可以使用 FileOutputStream(file, true) 构造方法。
示例：向文件中追加内容
import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
public class TestFileOutputStream2 {
public static void main(String[] args) {
File file = new File("test.txt");
try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file, true)) {
String content = "\nThis is additional content!";
fos.write(content.getBytes());
System.out.println("内容已追加到文件");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
字符流是处理字符数据的流，所有字符流类都继承自 Reader（输入字符流）或 Writer（输出字符流）。字符流自动处理字符编码，避免了字节流处理字符数据时的编码问题。
常用的字符输入流类包括：
示例：使用 FileReader 读取文件的内容
import java.io.File;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
public class TestFileReader {
public static void main(String[] args) {
File file = new File("test.txt");
try (FileReader fr = new FileReader(file)) {
char[] buffer = new char[1024];
int length;
while ((length = fr.read(buffer)) != -1) {
System.out.println(new String(buffer, 0, length));
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
使用 BufferedReader 提高读取效率：
import java.io.BufferedReader;
import java.io.File;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
public class TestBufferedReader {
public static void main(String[] args) {
File file = new File("test.txt");
try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(file))) {
String line;
while ((line = br.readLine()) != null) {
System.out.println(line);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
常用的字符输出流类包括：
示例：使用 FileWriter 向文件中写入内容
import java.io.File;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
public class TestFileWriter {
public static void main(String[] args) {
File file = new File("test.txt");
try (FileWriter fw = new FileWriter(file)) {
String content = "Hello, Java Character Stream!";
fw.write(content);
System.out.println("内容已写入文件");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
使用 BufferedWriter 提高写入效率：
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.File;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
public class TestBufferedWriter {
public static void main(String[] args) {
File file = new File("test.txt");
try (BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter(file))) {
String content = "Hello, Java Character Stream!";
bw.write(content);
bw.newLine();
bw.write("This is additional content!");
System.out.println("内容已写入文件");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
高级流是在字节流或字符流的基础上进行功能增强的流，常用的高级流包括：
缓冲流（Buffered Stream）通过在内存中设置缓冲区，减少了对磁盘的 IO 操作，提高了读取和写入效率。常用的缓冲流类包括：
示例：使用缓冲流复制文件
import java.io.*;
public class TestCopyFile {
public static void main(String[] args) {
File sourceFile = new File("source.txt");
File targetFile = new File("target.txt");
try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(sourceFile));
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(targetFile))) {
byte[] buffer = new byte[1024];
int length;
while ((length = bis.read(buffer)) != -1) {
bos.write(buffer, 0, length);
}
System.out.println("文件已复制");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
转换流（Convert Stream）用于在字节流和字符流之间进行转换。常用的转换流类包括：
示例：使用转换流读取文件的内容
import java.io.*;
public class TestInputStreamReader {
public static void main(String[] args) {
File file = new File("test.txt");
try (InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream(file), "UTF-8");
BufferedReader br = new BufferedReader(isr)) {
String line;
while ((line = br.readLine()) != null) {
System.out.println(line);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
示例：使用转换流向文件中写入内容
import java.io.*;
public class TestOutputStreamWriter {
public static void main(String[] args) {
File file = new File("test.txt");
try (OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(file), "UTF-8");
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(osw)) {
String content = "你好，Java 转换流！";
bw.write(content);
bw.newLine();
bw.write("这是追加的内容！");
System.out.println("内容已写入文件");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
对象流（Object Stream）用于将 Java 对象序列化和反序列化。序列化是将 Java 对象转换为字节序列的过程，反序列化是将字节序列转换为 Java 对象的过程。常用的对象流类包括：
⚠️ 注意：要实现序列化的对象必须实现 Serializable 接口，该接口没有任何方法，只是一个标记接口。
示例：实现一个可序列化的 Student 类
import java.io.Serializable;
public class Student implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
private String id;
private String name;
private int age;
public Student(String id, String name, int age) {
this.id = id;
this.name = name;
this.age = age;
}
// getter 和 setter 方法
@Override
public String toString() {
return "Student{" + "id='" + id + '\'' + ", name='" + name + '\'' + ", age=" + age + '}';
}
}
示例：将 Student 对象序列化到文件中
import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectOutputStream;
public class TestObjectOutputStream {
public static void main(String[] args) {
File file = new File("student.dat");
Student student = new Student("1001", "张三", 18);
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file))) {
oos.writeObject(student);
System.out.println("对象已序列化");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
示例：将文件中的字节序列反序列化为 Student 对象
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
public class TestObjectInputStream {
public static void main(String[] args) {
File file = new File("student.dat");
try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file))) {
Student student = (Student) ois.readObject();
System.out.println("对象已反序列化：" + student);
} catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
问题：程序抛出 FileNotFoundException 异常，提示'系统找不到指定的文件'。
解决方案：检查文件的路径是否正确，确保文件存在。例如：
File file = new File("test.txt");
System.out.println(file.exists()); // 输出 false 表示文件不存在
问题：程序抛出 SecurityException 异常，提示'拒绝访问'。
解决方案：检查文件的读写权限，确保程序有足够的权限读取或写入文件。
问题：读取文件时出现乱码。
解决方案：使用转换流指定正确的字符编码。例如：
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream(file), "UTF-8");
问题：程序抛出 NotSerializableException 异常，提示'类未实现 Serializable 接口'。
解决方案：让需要序列化的类实现 Serializable 接口。
本章我们学习了 Java 的 IO 流，包括字节流、字符流和高级流的使用方法。其中，字节流与字符流的区别、缓冲流的原理、对象的序列化与反序列化是本章的重点内容。从下一章开始，我们将学习 Java 的多线程、网络编程等内容。
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