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Java IO 體系全景圖：節點流與處理流、常用流類別與實戰技巧

編輯：Java 相關知識

核心分類：節點流 vs 處理流

類型	定義	特徵	典型代表
節點流	直接連接資料源/目的地（檔案、記憶體、網路）	資料的實際讀寫者	FileInputStream, ByteArrayInputStream
處理流	包裝現有流，提供額外功能（緩衝、轉換、序列化）	建構子需傳入另一個流，形成流鏈	BufferedReader, InputStreamReader

關鍵原則：關閉處理流會自動關閉被包裝的節點流；流可多層包裝形成鏈（如 new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(file)))）。

節點流全家族

分類	位元組流 (InputStream/OutputStream)	字元流 (Reader/Writer)	資料源
檔案	FileInputStream / FileOutputStream	FileReader / FileWriter	磁碟檔案
陣列	ByteArrayInputStream / ByteArrayOutputStream	CharArrayReader / CharArrayWriter	記憶體陣列
字串	無	StringReader / StringWriter	字串緩衝區
管道	PipedInputStream / PipedOutputStream	PipedReader / PipedWriter	執行緒間通訊

處理流核心成員

1. 緩衝流 —— 效能加速器

// 位元組緩衝
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("in.dat"));
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("out.dat"));

// 字元緩衝（支援 readLine()）
BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("text.txt"));
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("out.txt"));

核心優勢：減少系統呼叫次數，預設 8KB 緩衝區可調整。注意：寫入端需手動 flush() 強制輸出。

2. 轉換流 —— 位元組與字元橋樑


// 位元組 → 字元（指定編碼，避免平台預設編碼差異）
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream("utf8.txt"), "UTF-8");
OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("out.txt"), "UTF-8");

解決 FileReader/FileWriter 硬編碼平台預設編碼的痛點。

3. 資料流 —— 基礎型別直接讀寫

DataOutputStream dos = new DataOutputStream(new FileOutputStream("data.bin"));
dos.writeLong(12345L);      // 固定 8 位元組
dos.writeInt(100);          // 固定 4 位元組
dos.writeUTF("中文");       // UTF-8 編碼 + 長度前綴

DataInputStream dis = new DataInputStream(new FileInputStream("data.bin"));
long v1 = dis.readLong();   // 必須與寫入順序、型別完全一致
int v2 = dis.readInt();
String v3 = dis.readUTF();

優勢：比「轉字串再轉位元組」節省空間、速度更快。風險：讀取順序/型別不匹配會導致資料錯位。

4. 物件流 —— 序列化利器

// 序列化
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("obj.dat"));
oos.writeObject(userList); // 需實作 Serializable

// 反序列化
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("obj.dat"));
List list = (List) ois.readObject();

關鍵字/介面	作用
`transient`	標記欄位不序列化（如密碼、暫存欄位）
`Serializable`	標記介面，JVM 檢查 `instanceof Serializable`
`serialVersionUID`	版本控制，避免類變更導致反序列化失敗
`Externalizable`	手動控制序列化細節（writeExternal/readExternal）

5. 列印流 —— 不拋異常的友善輸出

PrintStream ps = new PrintStream(new FileOutputStream("log.txt"));
System.setOut(ps); // 重導向標準輸出
System.out.println("此行寫入檔案，不拋 IOException");

JSP/Servlet 大量使用 PrintWriter（response.getWriter()），設計初衷：Web 輸出不應因 IO 異常中斷請求處理。

中文亂碼根因與解決

根因：Java 內部用 UTF-16 (char 2 位元組)，中文佔 2 位元組。位元組流單讀 1 位元組會截斷字元。
解決：堅持使用字元流 (Reader/Writer) 處理文本，或指定編碼的轉換流。

實戰最佳實踐

Try-with-resources（JDK 7+ 強制推薦）

try (BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(
        new FileInputStream("data.txt"), "UTF-8"))) {
    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) {
        process(line);
    }
} // 自動關閉，無需 finally

大檔案複製模板

public void copyLargeFile(File src, File dest) throws IOException {
    try (FileInputStream fis = new FileInputStream(src);
         FileOutputStream fos = new FileOutputStream(dest);
         FileChannel in = fis.getChannel();
         FileChannel out = fos.getChannel()) {
        // NIO 零拷貝，效能最優
        in.transferTo(0, in.size(), out);
    }
}

總結

Java IO 設計精妙地運用裝飾者模式：節點流負責「連接」，處理流負責「增強」。掌握「位元組流處理二進位、字元流處理文本、轉換流橋接兩者、緩衝流提升效能、物件流實現持久化」五大核心場景，即可駕馭絕大多數 IO 需求。現代專案更推薦 NIO.2 (Files, Path, FileChannel) 簡化程式碼並發揮零拷貝優勢。