一、Java IO流的核心概念与分类

Java IO流（Input/Output Stream）是Java标准库中用于处理输入输出的核心组件，其设计遵循”流式”数据处理模型——将数据视为连续的字节或字符序列，通过管道化的方式进行读写。这种抽象使得开发者可以统一处理文件、网络、内存等不同来源的数据。

1.1 按数据类型分类

字节流（Byte Stream）：以字节（8位）为单位处理数据，适用于二进制文件（如图片、音频）和任意类型的文件操作。核心类包括InputStream（抽象基类）和OutputStream（抽象基类），具体实现如FileInputStream、BufferedOutputStream等。

字符流（Character Stream）：以字符（16位Unicode）为单位处理文本数据，自动处理字符编码转换。核心类为Reader和Writer，例如FileReader、BufferedWriter等。字符流特别适合处理文本文件（如.txt、.csv），能避免字节流手动解码的繁琐。

1.2 按流向分类

输入流（Input Stream）：从数据源读取数据到程序，如System.in（标准输入）、FileInputStream。

输出流（Output Stream）：将程序数据写入目标，如System.out（标准输出）、FileOutputStream。

1.3 节点流与处理流

节点流（Node Stream）：直接连接数据源的流，如FileInputStream直接读取文件。

处理流（Processing Stream）：对节点流或其他处理流进行包装，提供缓冲、加密、压缩等功能。例如BufferedInputStream通过内部缓冲区减少磁盘I/O次数，GZIPOutputStream实现数据压缩。

二、核心IO类详解与代码实践

2.1 字节流基础操作

文件复制示例（字节流）

try (InputStream in = new FileInputStream("source.txt");
     OutputStream out = new FileOutputStream("target.txt")) {
    byte[] buffer = new byte[1024];
    int length;
    while ((length = in.read(buffer)) != -1) {
        out.write(buffer, 0, length);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

关键点：

• 使用try-with-resources自动关闭流
• 缓冲区大小（1024字节）影响性能，可根据场景调整
• read()返回实际读取的字节数，-1表示结束

2.2 字符流高效处理

文本文件读写示例

// 写入文本
try (Writer writer = new BufferedWriter(new FileWriter("output.txt"))) {
    writer.write("Hello, Java IO!\n");
    writer.write("第二行文本");
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}
// 读取文本
try (Reader reader = new BufferedReader(new FileReader("output.txt"))) {
    String line;
    while ((line = reader.readLine()) != null) {
        System.out.println(line);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

优势：

• 自动处理字符编码（默认使用平台编码）
• BufferedReader的readLine()方法简化行读取
• 相比字节流，减少new String(bytes, charset)的转换开销

2.3 处理流的典型应用

缓冲流提升性能

// 缓冲字节流复制文件（性能优于无缓冲版本）
try (InputStream in = new BufferedInputStream(new FileInputStream("large.dat"));
     OutputStream out = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("copy.dat"))) {
    byte[] buffer = new byte[8192]; // 8KB缓冲区
    int bytesRead;
    while ((bytesRead = in.read(buffer)) != -1) {
        out.write(buffer, 0, bytesRead);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

性能对比：

• 无缓冲流：每次read()/write()触发系统调用
• 缓冲流：满缓冲区时才执行系统调用，减少I/O次数
• 8KB缓冲区是经验值，可根据文件大小调整

对象序列化流

// 序列化对象到文件
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("person.dat"))) {
    Person person = new Person("Alice", 30);
    oos.writeObject(person);
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}
// 反序列化对象
try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("person.dat"))) {
    Person restored = (Person) ois.readObject();
    System.out.println(restored);
} catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
    e.printStackTrace();
}

关键要求：

• 类必须实现Serializable接口
• 使用transient关键字标记不序列化的字段
• 静态变量不会被序列化

三、IO流最佳实践与常见问题

3.1 资源管理原则

• 始终关闭流：使用try-with-resources（Java 7+）或finally块确保资源释放
• 关闭顺序：先关闭外层处理流，再关闭内层节点流（如BufferedWriter先于FileWriter）
• 避免重复关闭：关闭后再次操作流会抛出IOException

3.2 性能优化策略

• 缓冲区选择：大文件使用8KB-32KB缓冲区，小文件可用较小缓冲区
• NIO替代方案：对于高频I/O操作，考虑使用java.nio包（如FileChannel）
• 减少拷贝次数：避免在内存中多次转换数据格式（如字节→字符串→字节）

3.3 异常处理建议

• 细化异常捕获：区分FileNotFoundException、IOException等
• 日志记录：记录完整的异常堆栈和上下文信息
• 防御性编程：检查文件是否存在、是否有读写权限后再操作

四、IO流与NIO的对比选择

特性	IO流（阻塞式）	NIO（非阻塞式）
数据单位	字节/字符流	Channel + Buffer
阻塞行为	默认阻塞	支持非阻塞模式
适用场景	简单文件操作、顺序读写	高并发网络编程、随机访问文件
学习曲线	低	高（需理解Buffer、Selector）

选择建议：

• 传统文件操作优先使用IO流
• 需要高性能网络服务时选择NIO
• Java 7+可考虑Files工具类简化操作（如Files.copy()）

五、实战案例：多格式日志处理器

public class LogProcessor {
    public static void processLog(String inputPath, String outputPath) throws IOException {
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(inputPath));
             BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter(outputPath))) {
            String line;
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                // 日志过滤逻辑
                if (line.contains("ERROR")) {
                    writer.write("[FILTERED] " + line);
                    writer.newLine();
                }
            }
        }
    }
}

扩展方向：

• 添加日志级别分类
• 支持压缩输出
• 集成日志分析功能

结语

Java IO流体系通过清晰的分类和丰富的处理流，为开发者提供了灵活的数据操作方式。从基础的字节流到高级的对象序列化，掌握这些核心概念后，可进一步探索NIO、异步IO等高级特性。在实际开发中，建议遵循”资源安全关闭→性能优化→异常处理”的三步法，结合具体场景选择合适的IO方案。