Java I/O 流體系全景圖：從基礎分類到實戰代碼模板

核心抽象：四大基類

所有具體流類均繼承自這四個抽象類。Reader/Writer 是 JDK 1.1 引入，補充字元處理能力；兩者介面完全對稱（read()/write() 重載）。

兩大分類維度

1. 按功能：節點流 vs 過濾流（裝飾器模式）

• 節點流：直接操作資料源/目的地（檔案、記憶體、網路）。如 FileInputStream、ByteArrayInputStream、PipedInputStream。
• 過濾流：包裝其它流，增加功能（緩衝、轉碼、格式化、資料類型讀寫）。如 BufferedInputStream、DataInputStream、InputStreamReader。

實戰鐵律：幾乎不直接使用節點流，而是層層包裝：

// 典型：檔案 → 緩衝 → 字元轉換 → 行讀取
BufferedReader in = new BufferedReader(
    new InputStreamReader(
        new FileInputStream("data.txt"), "UTF-8"));

2. 按資料來源：常用節點流對照表

關鍵橋接器：位元組 ↔ 字元轉換

// 位元組流 → 字元流（解碼）
InputStreamReader isr = new InputStreamStream(inputStream, "UTF-8");

// 字元流 → 位元組流（編碼）
OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(outputStream, "UTF-8");

必須顯式指定 charset，避免平台預設編碼（Windows GBK、Linux UTF-8）導致亂碼。

實戰代碼模板庫

1. 緩衝讀取檔案（按行）

public static String readFile(String path) throws IOException {
    try (BufferedReader br = new BufferedReader(
            new InputStreamReader(new FileInputStream(path), StandardCharsets.UTF_8))) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        String line;
        while ((line = br.readLine()) != null) sb.append(line).append('\n');
        return sb.toString();
    }
}

2. 格式化寫入檔案

public static void writeWithLineNumber(String src, String dest) throws IOException {
    try (BufferedReader br = new BufferedReader(new StringReader(src));
         PrintWriter pw = new PrintWriter(
             new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(
                 new FileOutputStream(dest), StandardCharsets.UTF_8)))) {
        String line; int n = 1;
        while ((line = br.readLine()) != null) pw.println(n++ + ": " + line);
    }
}

3. 系統標準流重定向

PrintStream console = System.out;
try (PrintStream fileOut = new PrintStream(
        new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("out.txt")), true, "UTF-8")) {
    System.setOut(fileOut);
    System.out.println("這行寫入檔案");
} finally {
    System.setOut(console); // 恢復
}

4. 物件序列化與反序列化

// 序列化
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(
        new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("obj.dat")))) {
    oos.writeObject(userObject);
}

// 反序列化
try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(
        new BufferedInputStream(new FileInputStream("obj.dat")))) {
    User u = (User) ois.readObject();
}

注意：實作 Serializable，敏感欄位用 transient 排除。序列化會遞歸包含引用物件圖，支援深拷貝。

5. RandomAccessFile：隨機存取

try (RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("data.dat", "rw")) {
    raf.seek(100); // 跳到位元組 100
    raf.writeDouble(3.14);
    raf.seek(100);
    double d = raf.readDouble();
}

大檔案隨機讀寫首選；現代替代方案：MappedByteBuffer (NIO 記憶體映射)。

效能優化清單

• 務必加緩衝：BufferedInputStream/BufferedReader 減少系統呼叫。
• 批量讀寫：使用 byte[]/char[] 緩衝區，避免單位元組/字元操作。
• 指定編碼：避免預設編碼轉換開銷與亂碼風險。
• NIO.2 升級：Files.readAllLines()、Files.newBufferedReader()、FileChannel 映射更高效。