Java I/O 深度解析与实战指南：文件操作、流、NIO全面掌握-CFANZ编程社区

一、引言：Java I/O 的重要性

无论是桌面软件、服务器后台，还是移动应用，文件读写和数据传输都是核心功能。Java 提供了丰富的 I/O API，从传统的字节流、字符流到现代的 NIO（Non-blocking I/O）框架，都能满足不同场景的需求。

本文将深入解析 Java I/O 的核心机制和实战技巧，涵盖：

传统流体系（InputStream/OutputStream，Reader/Writer）
文件操作示例
NIO 基础与实战
高效文件复制与缓冲机制

二、Java 传统 I/O：字节流和字符流基础

Java I/O 最早的模型是基于流的概念。数据以流的形式从源头流向目的地。

2.1 字节流与字符流的区别

字节流（InputStream/OutputStream）：以 8 位字节为单位处理数据，适合所有类型数据，包括二进制文件（图片、音频等）。
字符流（Reader/Writer）：以 16 位字符为单位，专门处理文本文件，自动处理字符编码。

2.2 读取文件示例 — 字节流

try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.dat")) {
    byte[] buffer = new byte[1024];
    int bytesRead;
    while ((bytesRead = fis.read(buffer)) != -1) {
        // 处理字节
        System.out.println("读取了 " + bytesRead + " 字节");
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

2.3 读取文件示例 — 字符流

try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("input.txt"))) {
    String line;
    while ((line = reader.readLine()) != null) {
        System.out.println("读取行: " + line);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

2.4 写入文件示例

try (BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter("output.txt"))) {
    writer.write("Hello, Java I/O!");
    writer.newLine();
    writer.write("写入结束");
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

三、缓冲流：提升 I/O 性能的关键

缓冲流通过减少物理读写次数极大提升效率。

3.1 常用缓冲流类

BufferedInputStream
BufferedOutputStream
BufferedReader
BufferedWriter

3.2 示例：用缓冲流复制文件

try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("source.jpg"));
     BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("dest.jpg"))) {
    byte[] buffer = new byte[8192];
    int len;
    while ((len = bis.read(buffer)) != -1) {
        bos.write(buffer, 0, len);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

四、Java NIO：现代非阻塞 I/O

Java NIO（New I/O）在 Java 1.4 引入，提供了更高效的 I/O 操作方式。

4.1 NIO 主要组件

组件	描述
Buffer	数据容器
Channel	连接实体，读写数据的通道
Selector	多路复用器，实现非阻塞I/O

4.2 Buffer 基础

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
buffer.put("Hello NIO".getBytes());
buffer.flip();  // 切换到读取模式

while (buffer.hasRemaining()) {
    System.out.print((char) buffer.get());
}

4.3 Channel 操作示例

try (FileChannel inChannel = new FileInputStream("input.txt").getChannel();
     FileChannel outChannel = new FileOutputStream("output.txt").getChannel()) {
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

    while (inChannel.read(buffer) != -1) {
        buffer.flip();
        outChannel.write(buffer);
        buffer.clear();
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

4.4 Selector 和非阻塞网络 I/O（简介）

Selector 允许单线程管理多个网络连接，实现高性能服务器。

// 示例略，核心思想是通过 Selector 监听多个 Channel 的事件

五、文件操作常见技巧

5.1 文件读写路径与编码

使用 Paths.get() 和 Files 操作更便捷（Java 7+）

Path path = Paths.get("test.txt");
List<String> lines = Files.readAllLines(path, StandardCharsets.UTF_8);

5.2 判断文件是否存在、创建文件

if (!Files.exists(path)) {
    Files.createFile(path);
}

六、实战：高效复制大文件

结合 NIO 零拷贝技术，实现快速复制。

try (FileChannel source = FileChannel.open(Paths.get("large.iso"), StandardOpenOption.READ);
     FileChannel target = FileChannel.open(Paths.get("copy.iso"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE)) {
    long size = source.size();
    long transferred = 0;
    while (transferred < size) {
        transferred += source.transferTo(transferred, size - transferred, target);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}