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Java中流(Stream)、文件(File)和IO示例詳解

 更新時間:2025年09月11日 09:01:55   作者:杜小白也想的美  
Java的流、文件和IO庫為Java應用程序提供了強大且靈活的數據處理能力,這篇文章主要介紹了Java中流(Stream)、文件(File)和IO的相關資料,文中通過代碼介紹的非常詳細,需要的朋友可以參考下

一、Java 流(Stream)、文件(File)和IO概念和關系

Java 中的流(Stream)、文件(File)和 IO 之間是緊密關聯但又各有側重的概念,它們共同構成了 Java 輸入輸出系統(tǒng)的核心??梢杂?quot;工具-對象-操作"的關系來理解:

  1. IO 是總稱
    IO(Input/Output,輸入/輸出)是所有數據傳輸操作的統(tǒng)稱,涵蓋了程序與外部設備(文件、網絡、鍵盤等)之間的數據交換。
    流(Stream)和文件(File)都是實現 IO 操作的具體方式或操作對象。

  2. File 是操作的實體
    java.io.File 類代表文件系統(tǒng)中的一個文件或目錄,是 IO 操作的具體對象。
    但它本身不能直接讀寫數據,只能描述文件的屬性(如路徑、大小、是否存在等),并提供創(chuàng)建、刪除等文件管理功能。

  3. Stream 是操作的工具
    流(Stream)是連接程序與外部數據源(包括 File)的數據傳輸通道,是實現 IO 操作的核心工具。
    當需要讀寫 File 中的內容時,必須通過流來實現:

    • 讀文件:用輸入流(如 FileInputStream)從 File 中讀取數據到程序
    • 寫文件:用輸出流(如 FileOutputStream)從程序寫入數據到 File
  4. 三者協(xié)作關系
    一個典型的文件 IO 操作流程是:
    創(chuàng)建 File 對象(指定要操作的文件) → 通過流連接 File(如 new FileInputStream(file)) → 通過流進行 IO 操作(讀/寫數據)

二、讀寫文件

2.1 操作文件時涉及的字符流和字節(jié)流的概念介紹:

字節(jié)流

  • 基本概念:字節(jié)流是以字節(jié)(8位二進制數據)作為基本處理單位的流,它能對各種類型的文件進行讀寫操作,因為計算機中所有的數據在底層都是以字節(jié)形式存儲和傳輸的。字節(jié)流可以直接操作二進制數據,無論是文本文件還是非文本文件(如圖像、音頻、視頻等)都能處理。

  • 字節(jié)輸入流(InputStream)
    用于從文件等數據源讀取字節(jié)數據到程序中。它是字節(jié)流輸入操作的抽象基類,提供了如 read() 等基礎方法用于讀取字節(jié)數據。

  • 字節(jié)輸出流(OutputStream)
    負責將程序中的字節(jié)數據寫入到文件等目標數據源中。它是字節(jié)流輸出操作的抽象基類,提供了 write() 等方法用于寫入字節(jié)數據。

字符流

  • 基本概念:字符流以字符(一般是16位的Unicode編碼字符)為基本處理單位,更側重于處理文本文件,它在讀寫文本時會按照字符編碼規(guī)范進行轉換,能更好地保證文本內容的正確讀寫,還能方便地按行等文本特性進行操作。

  • 字符輸入流(Reader)
    用于從文件等數據源讀取字符數據到程序里,是字符流輸入操作的抽象基類,提供了 read() 等方法來獲取字符數據。

  • 字符輸出流(Writer)
    主要用于將程序中的字符數據寫入到文件等目標數據源中,是字符流輸出操作的抽象基類,具備 write() 等方法來輸出字符數據。

字節(jié)流、字符流常用關系圖

2.2 字節(jié)流常用方法

字節(jié)流常用于處理二進制數據,例如文件、圖像、時頻。

類名類型描述
InputStream抽象類(輸入流)所有字節(jié)輸入流的超類,處理字節(jié)的輸入操作
OutputStream抽象類(輸出流)所有字節(jié)輸出流的超類,處理字節(jié)的輸出操作
FileInputStream輸入流從文件中讀取字節(jié)數據
FileOutputStream輸出流將字節(jié)數據寫入文件
BufferedInputStream輸入流為字節(jié)輸入流提供緩沖功能,提高讀取效率
BufferedOutputStream輸出流為字節(jié)輸出流提供緩沖功能,提高寫入效率
ByteArrayInputStream輸入流將內存中的字節(jié)數組作為輸入源
ByteArrayOutputStream輸出流將數據寫入到內存中的字節(jié)數組
DataInputStream輸入流允許從輸入流中讀取Java原生數據類型(如int、float、boolean等)
DataOutputStream輸出流允許向輸出流中寫入Java原生數據類型
ObjectInputStream輸入流從輸入流中讀取序列化對象
ObjectOutputStream輸出流將對象序列化并寫入輸出流中
PipedInputStream輸入流用于在管道中讀取字節(jié)數據,通常與PipedOutputStream配合使用
PipedOutputStream輸出流用于在管道中寫入字節(jié)數據,通常與PipedInputStream配合使用
FilterInputStream輸入流字節(jié)輸入流的包裝類,用于對其他輸入流進行過濾處理
FilterOutputStream輸出流字節(jié)輸出流的包裝類,用于對其他輸出流進行過濾處理
SequenceInputStream輸入流將多個輸入流串聯為一個輸入流進行處理

以下是基于表格中各類字節(jié)流的讀寫文件示例,涵蓋不同場景的文件操作:

1. FileInputStream/FileOutputStream(基礎文件讀寫)

FileInputStream 和 FileOutputStream 是 Java IO 中用于直接操作文件的字節(jié)流,專門負責從文件讀取字節(jié)數據和向文件寫入字節(jié)數據,是處理文件字節(jié)流的基礎類。

import java.io.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 寫入文件
        try {
            FileOutputStream fileOutputStream =new FileOutputStream("file.txt");
            String data="Hello byteStream!";
            fileOutputStream.write(data.getBytes());
            fileOutputStream.close();
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        try {
            FileInputStream fileInputStream =new FileInputStream("file.txt");
            int c;
            while((c=fileInputStream.read())!=-1){
                System.out.print((char)c);
            }

        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

2. BufferedInputStream/BufferedOutputStream(緩沖流高效讀寫)

BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream 是 Java IO 中提供緩沖功能的過濾流,它們通過在內存中維護緩沖區(qū)來減少物理 I/O 操作次數,從而顯著提升讀寫效率。

import java.io.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 寫入文件
        try {
            BufferedOutputStream bufferedOutputStream =new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("file.txt"));
            String data="Hello byteStream!";
            bufferedOutputStream.write(data.getBytes());
            bufferedOutputStream.close();
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        try {
            BufferedInputStream bufferedInputStream =new BufferedInputStream(new FileInputStream("file.txt"));
            int c;
            while((c=bufferedInputStream.read())!=-1){
                System.out.print((char)c);
            }

        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

3. DataInputStream/DataOutputStream(讀寫基本數據類型)

DataInputStream 和 DataOutputStream 是 Java IO 中用于讀寫基本數據類型的過濾流,它們可以直接操作 Java 原生數據類型(如 int、double、boolean 等),無需手動處理字節(jié)轉換,簡化了基本類型數據的讀寫操作。

import java.io.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 寫入文件
        try {
            DataOutputStream bufferedOutputStream =new DataOutputStream(new FileOutputStream("file.bat"));
            bufferedOutputStream.writeInt(100);       // 寫入整數
            bufferedOutputStream.writeDouble(3.14);   // 寫入雙精度浮點數
            bufferedOutputStream.writeUTF("Hello byteStream!");
            bufferedOutputStream.close();
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        try {
            DataInputStream bufferedInputStream =new DataInputStream(new FileInputStream("file.bat"));
            System.out.println(bufferedInputStream.readInt());
            System.out.println(bufferedInputStream.readDouble());
            System.out.println(bufferedInputStream.readUTF());
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

4. ObjectInputStream/ObjectOutputStream(對象序列化)

ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream 是 Java 中用于對象序列化與反序列化的字節(jié)流,主要功能是將內存中的 Java 對象轉換為字節(jié)序列(序列化)并寫入流中,或從流中讀取字節(jié)序列并恢復為 Java 對象(反序列化)。

import java.io.*;

// 需實現Serializable接口才能被序列化
class User implements Serializable {
    private String name;
    private int age;

    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{name='" + name + "', age=" + age + "}";
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 序列化對象寫入文件
        try {
            ObjectOutputStream objectOutputStream =new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("file.obj"));
            User user=new User("Alice", 18);
            objectOutputStream.writeObject(user);
            objectOutputStream.close();
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        try {
            ObjectInputStream objectInputStream=new ObjectInputStream(new FileInputStream("file.obj"));
            User user=(User) objectInputStream.readObject();
            System.out.println(user);
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

5.ByteArrayOutputStream(內存字節(jié)數組讀寫)

它可以將數據寫入內存中的字節(jié)數組緩沖區(qū)。創(chuàng)建后可以用來收集和操作字節(jié)數據,常用于臨時存儲或處理二進制數據。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream =new ByteArrayOutputStream();
        byte [] bytes = new byte[1024];

        try {


            bytes[0]=(byte) 'H';
            bytes[1]=(byte) 'e';
            bytes[2]=(byte) 'l';
            bytes[3]=(byte) 'l';
            bytes[4]=(byte) 'o';
            byteArrayOutputStream.write(bytes,0,5);
            byteArrayOutputStream.close();

        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }

        ByteArrayInputStream byteArrayInputStream=new ByteArrayInputStream(byteArrayOutputStream.toByteArray());
        byte [] bytes1 = new byte[1024];
        int c;
        try{
            while ((c=byteArrayInputStream.read(bytes1))!=-1){
                System.out.println(new String(bytes1, 0, c));
            }
        }catch (IOException e){
            throw new RuntimeException(e);
        }


    }
}

6. SequenceInputStream(合并多個輸入流)

import java.io.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            SequenceInputStream sequenceInputStream =new SequenceInputStream(new FileInputStream("file.txt"),new FileInputStream("test.txt"));
            int c;
            while((c=sequenceInputStream.read())!=-1){
                System.out.print((char)c);
            }
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }

}
}

7. FilterInputStream/FilterOutStream

FilterInputStream 和 FilterOutputStream 是 Java IO 中的過濾流基類,屬于裝飾器模式(Decorator Pattern)的典型實現,用于對現有流進行功能擴展或增強。

import java.io.FilterInputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.InputStream;
import java.io.IOException;

// 自定義過濾輸入流:轉換為大寫
class UpperCaseInputStream extends FilterInputStream {
    /**
     * Creates a <code>FilterInputStream</code>
     * by assigning the  argument <code>in</code>
     * to the field <code>this.in</code> so as
     * to remember it for later use.
     *
     * @param in the underlying input stream, or <code>null</code> if
     *           this instance is to be created without an underlying stream.
     */
    protected UpperCaseInputStream(InputStream in) {
        super(in);
    }
    @Override
    public int read(byte [] b,int off,int len ) throws IOException {
         int result = super.read(b, off, len);//讀取的字節(jié)數
         if(result!=-1){
             for(int i=off;i<off+result;i++){
                 b[i]= (byte) Character.toUpperCase((char)b[i]);
             }
         }
         return result;

    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            UpperCaseInputStream
                    upperCaseInputStream =new UpperCaseInputStream(new FileInputStream("file.txt"));
            int c;
            byte [] bytes=new byte[1024];
            while((c=upperCaseInputStream.read(bytes))!=-1){
                System.out.print(new String(bytes,0,c));
            }
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

8.pipedOutputStream/pipedInputStream

PipedOutputStream 和 PipedInputStream 是 Java 中用于線程間通信的管道流,二者必須配合使用,形成 “生產者 - 消費者” 模式的數據傳輸通道。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        PipedOutputStream pipedOutputStream =new PipedOutputStream();
        PipedInputStream pipedInputStream;
        try {
            pipedInputStream =new PipedInputStream(pipedOutputStream);
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    pipedOutputStream.write("Hello byteStream!".getBytes());
                    pipedOutputStream.close();
                } catch (IOException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        }).start();

        new Thread(new Runnable(){
            @Override


            public void run() {
                try {
                    int c;
                    while((c=pipedInputStream.read())!=-1){
                        System.out.print((char)c);
                    }
                } catch (IOException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        }).start();
    }

}

2.3 字符流常用方法

字符流常用于處理文本數據。

類名類型描述
Reader抽象類(輸入流)所有字符輸入流的超類,處理字符的輸入操作
Writer抽象類(輸出流)所有字符輸出流的超類,處理字符的輸出操作
FileReader輸入流從文件中讀取字符數據
FileWriter輸出流將字符數據寫入文件
BufferedReader輸入流為字符輸入流提供緩沖功能,支持按行讀取,提高讀取效率
BufferedWriter輸出流為字符輸出流提供緩沖功能,支持按行寫入,提高寫入效率
CharArrayReader輸入流將字符數組作為輸入源
CharArrayWriter輸出流將數據寫入到字符數組
StringReader輸入流將字符串作為輸入源
StringWriter輸出流將數據寫入到字符串緩沖區(qū)
PrintWriter輸出流便捷的字符輸出流,支持自動刷新和格式化輸出
PipedReader輸入流用于在管道中讀取字符數據,通常與 PipedWriter 配合使用
PipedWriter輸出流用于在管道中寫入字符數據,通常與 PipedReader 配合使用
LineNumberReader輸入流帶行號的緩沖字符輸入流,允許跟蹤讀取的行號
PushbackReader輸入流允許在讀取字符后將字符推回流中,以便再次讀取

以下是字符流各類的讀寫文件示例,每個示例均包含寫入和讀取操作:

1. FileReader/FileWriter(文件字符讀寫)

import java.io.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 寫入文本到文件
        try (FileWriter writer = new FileWriter("test.txt")) {
            writer.write("Hello, FileReader/FileWriter!\n");
            writer.write("這是一行行中文文本");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 從文件讀取文本
        try (FileReader reader = new FileReader("test.txt")) {
            char[] buffer = new char[1024];
            int len;
            while ((len = reader.read(buffer)) != -1) {
                System.out.print(new String(buffer, 0, len));
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

2. BufferedReader/BufferedWriter(緩沖字符流)

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 按行寫入文本(指定UTF-8編碼)
        try (BufferedWriter writer = new BufferedWriter(
                new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("buffered.txt"), StandardCharsets.UTF_8))) {
            writer.write("第一行內容");
            writer.newLine(); // 跨平臺換行
            writer.write("第二行內容");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 按行讀取文本
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(
                new InputStreamReader(new FileInputStream("buffered.txt"), StandardCharsets.UTF_8))) {
            String line;
            while ((line = reader.readLine()) != null) { // 按行讀取
                System.out.println("讀取到:" + line);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3. CharArrayReader/CharArrayWriter(字符數組流)

CharArrayReader 和 CharArrayWriter 是 Java 中以字符數組為操作對象的字符流,所有操作均在內存中基于字符數組完成,無需依賴外部存儲。

import java.io.*;

public class CharArrayReadWriteExample {
    public static void main(String[] args) {
        // CharArrayWriter先寫入字符數組(內存中)
        CharArrayWriter caw = new CharArrayWriter();
        try {
            caw.write("先寫入內存字符數組,再轉存到文件");
            char[] charData = caw.toCharArray(); // 獲取字符數組

            // 寫入文件
            try (FileWriter fw = new FileWriter("charArray.txt")) {
                fw.write(charData);
            }

            // CharArrayReader從字符數組讀取
            CharArrayReader car = new CharArrayReader(charData);
            char[] buffer = new char[1024];
            int len;
            System.out.println("CharArrayReader讀取內容:");
            while ((len = car.read(buffer)) != -1) {
                System.out.print(new String(buffer, 0, len));
            }
            car.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            caw.close();
        }
    }
}

4. StringReader/StringWriter(字符串流)

StringReader 和 StringWriter 是 Java 中操作內存字符串的字符流,無需依賴外部文件,所有操作均在內存中完成。

import java.io.*;

public class StringReadWriteExample {
    public static void main(String[] args) {
        // StringWriter寫入字符串緩沖區(qū)
        StringWriter sw = new StringWriter();
        try {
            sw.write("字符串流操作示例\n");
            sw.write("數據保存在StringBuffer中");
            String data = sw.toString(); // 獲取字符串

            // 寫入文件
            try (FileWriter fw = new FileWriter("string.txt")) {
                fw.write(data);
            }

            // StringReader從字符串讀取
            StringReader sr = new StringReader(data);
            char[] buffer = new char[1024];
            int len;
            System.out.println("StringReader讀取內容:");
            while ((len = sr.read(buffer)) != -1) {
                System.out.print(new String(buffer, 0, len));
            }
            sr.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            sw.close();
        }
    }
}

5. PrintWriter(格式化字符輸出流)

PrintWriter 是 Java 中功能強大的字符輸出流,提供了便捷的文本寫入、格式化輸出和自動刷新等功能,廣泛用于輸出文本數據到文件、控制臺或其他輸出流。

import java.io.*;

public class PrintWriterExample {
    public static void main(String[] args) {
        // PrintWriter寫入(支持格式化和自動刷新)
        try (PrintWriter pw = new PrintWriter(new FileWriter("print.txt"), true)) { // 第二個參數開啟自動刷新
            pw.println("PrintWriter便捷輸出");
            pw.printf("格式化輸出:%d + %d = %d%n", 2, 3, 5); // 類似printf格式
            pw.println("自動刷新生效");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 讀取驗證
        try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("print.txt"))) {
            System.out.println("PrintWriter寫入內容:");
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

6. PipedReader/PipedWriter(管道字符流,線程間通信)

import java.io.*;

public class PipedReadWriteExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 創(chuàng)建管道流對(必須綁定)
        PipedWriter pw = new PipedWriter();
        PipedReader pr = new PipedReader(pw);

        // 寫入線程
        Thread writerThread = new Thread(() -> {
            try {
                pw.write("管道流線程間通信數據");
                pw.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        // 讀取線程(并寫入文件)
        Thread readerThread = new Thread(() -> {
            try (FileWriter fw = new FileWriter("piped.txt")) {
                char[] buffer = new char[1024];
                int len;
                while ((len = pr.read(buffer)) != -1) {
                    fw.write(buffer, 0, len); // 寫入文件
                    System.out.println("管道讀取內容:" + new String(buffer, 0, len));
                }
                pr.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        writerThread.start();
        readerThread.start();
    }
}

7. LineNumberReader(帶行號的字符輸入流)

LineNumberReader 是 Java 中帶有行號跟蹤功能的緩沖字符輸入流,繼承自 BufferedReader,在提供高效緩沖讀取的同時,能自動跟蹤當前讀取的行號,方便定位文本中的特定行。

import java.io.*;

public class LineNumberReaderExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 先寫入多行數據
        try (BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("linenumber.txt"))) {
            bw.write("第一行內容");
            bw.newLine();
            bw.write("第二行內容");
            bw.newLine();
            bw.write("第三行內容");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // LineNumberReader讀取并跟蹤行號
        try (LineNumberReader lnr = new LineNumberReader(new FileReader("linenumber.txt"))) {
            lnr.setLineNumber(1); // 設置起始行號(默認從0開始)
            String line;
            System.out.println("帶行號的內容:");
            while ((line = lnr.readLine()) != null) {
                System.out.printf("第%d行:%s%n", lnr.getLineNumber(), line);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

8. PushbackReader(可回退字符的輸入流)

PushbackReader 是 Java 中的一個字符輸入流,繼承自 FilterReader,它的特殊之處在于允許將已讀取的字符 “推回”(回退)到流中。

import java.io.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        try {
            PushbackReader reader =new PushbackReader(new FileReader("file.txt"));
            int c;
            while((c=reader.read())!=-1){
                if(c=='o'){
                    reader.unread(c);
                    break;
                }
                System.out.println(":"+(char)c
                );
            }
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }

    }
}

總結 

到此這篇關于Java中流(Stream)、文件(File)和IO的文章就介紹到這了,更多相關Java流(Stream)、文件(File)和IO內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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