Java IO 體系全景解析：流模型、裝飾者模式與實戰應用

一、流的兩大維度分類

1. 按處理單位：字節流 vs 字符流

橋梁：InputStreamReader / OutputStreamWriter 實現字節↔字符轉換，支持指定編碼（如 UTF-8）。

2. 按功能角色：節點流 vs 處理流

• 節點流：直接連接數據源/目的地（文件、內存、管道、網絡）
• 處理流：包裝節點流或其他處理流，提供緩衝、格式化、數據類型轉換等增強功能

二、裝飾者模式在 IO 中的經典應用

Java IO 通過 FilterInputStream/FilterOutputStream 及 FilterReader/FilterWriter 子類，動態組合功能：

// 寫入文件：緩衝 + 格式化輸出
PrintWriter out = new PrintWriter(
    new BufferedWriter(
        new FileWriter("test.txt")));

out.println("Line 1");
out.printf("Value: %d", 42);
out.close();

每一層包裝賦予新能力，靈活組合，避免類爆炸。

三、核心處理流功能速查

四、RandomAccessFile：隨機訪問特種兵

• 模式：r（只讀）、rw（讀寫）、rws/rwd（同步）
• 核心方法：seek(long pos) 定位文件指針
• 適用：大文件斷點續傳、索引文件、嵌入式數據庫

五、綜合實戰範例解析

// 1. 行讀取文件 + 控制台交互
BufferedReader in = new BufferedReader(new FileReader("src/TestIO.java"));
BufferedReader stdin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

// 2. 字符流操作 String
StringReader sr = new StringReader(content);
int c; while ((c = sr.read()) != -1) System.out.print((char)c);

// 3. 格式化寫入文件（帶行號）
PrintWriter pw = new PrintWriter(new BufferedWriter(new FileWriter("out.txt")));
int line = 1;
String s; while ((s = in.readLine()) != null) pw.println(line++ + ": " + s);

// 4. 基本類型持久化
DataOutputStream dos = new DataOutputStream(
    new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("data.dat")));
dos.writeDouble(3.14159);
dos.writeUTF("PI value");

// 5. RandomAccessFile 修改特定位置
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("rtest.dat", "rw");
raf.seek(5 * 8); // 定位第 6 個 double
raf.writeDouble(47.0001);

六、關鍵最佳實踐

1. 資源管理：JDK 7+ 必須使用 try-with-resources 自動關閉流
2. 編碼顯式化：構造 Reader/Writer 時指定 Charset，避免平台默認編碼差異
3. 緩衝必加：文件/網絡 IO 幾乎總是需要 Buffered 包裝
4. 區分場景：文本用字符流，二進制用字節流，混合場景用轉換流
5. 大文件處理：考慮 NIO (Channel/Buffer) 或內存映射文件提升性能