Java IO 體系全景圖：從流分類到裝飾者模式實戰

流的兩大維度分類

節點流 (Node Streams) —— 直接連接數據源/目的地

轉換流 —— 橋接字節與字符

• InputStreamReader：字節流 → 字符流 (指定 Charset)
• OutputStreamWriter：字符流 → 字節流 (指定 Charset)

最佳實踐：永遠顯式指定編碼，如 new InputStreamReader(is, StandardCharsets.UTF_8)，避免平台默認編碼導致亂碼。

裝飾者模式：處理流 (Filter Streams) 增強功能

核心思想：組合 > 繼承，動態為流添加緩衝、格式化、數據類型讀寫等能力。

經典組裝鏈

// 高效讀取文本文件 (按行)
BufferedReader in = new BufferedReader(
    new InputStreamReader(
        new FileInputStream("data.txt"), StandardCharsets.UTF_8));

// 高效寫入文本文件 (帶行號)
PrintWriter out = new PrintWriter(
    new BufferedWriter(
        new OutputStreamWriter(
            new FileOutputStream("out.txt"), StandardCharsets.UTF_8)));

// 二進制數據持久化
DataOutputStream dos = new DataOutputStream(
    new BufferedOutputStream(
        new FileOutputStream("data.bin")));
dos.writeDouble(3.14159);
dos.writeUTF("Hello");

RandomAccessFile —— 隨機訪問文件

• 模式："r" (只讀)、"rw" (讀寫)、"rws"/"rwd" (同步)。
• 核心方法：seek(long pos) 定位、readXXX()/writeXXX() 讀寫基本類型、getFilePointer() 獲取當前指針。
• 適用場景：大文件斷點續傳、索引文件、嵌入式數據庫存儲引擎。

綜合實戰範例 (涵蓋讀寫、轉換、緩衝、格式化、隨機訪問)

import java.io.*;

public class IODemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1. 按行讀取文件 → 字符串
        StringBuilder content = new StringBuilder();
        try (BufferedReader br = new BufferedReader(
                new InputStreamReader(new FileInputStream("input.txt"), "UTF-8"))) {
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) content.append(line).append('\n');
        }

        // 2. 從字符串讀取 (StringReader)
        try (StringReader sr = new StringReader(content.toString())) {
            int c;
            while ((c = sr.read()) != -1) System.out.print((char)c);
        }

        // 3. 內存字節流 → DataInputStream 讀基本類型
        try (DataInputStream dis = new DataInputStream(
                new ByteArrayInputStream(content.toString().getBytes("UTF-8")))) {
            while (true) System.out.print((char)dis.readByte());
        } catch (EOFException ignored) { System.out.println("\n--- EOF ---"); }

        // 4. 格式化寫入文件 (帶行號)
        try (PrintWriter pw = new PrintWriter(
                new BufferedWriter(
                    new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("output.txt"), "UTF-8")))) {
            try (BufferedReader br = new BufferedReader(new StringReader(content.toString()))) {
                String line; int n = 1;
                while ((line = br.readLine()) != null) pw.println(n++ + ": " + line);
            }
        }

        // 5. 數據存儲與恢復 (DataOutput/InputStream)
        try (DataOutputStream dos = new DataOutputStream(
                new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("data.bin")))) {
            dos.writeDouble(Math.PI);
            dos.writeUTF("\nThis was pi: writeUTF");
            dos.writeBytes("This was pi: writeBytes\n");
        }
        try (DataInputStream dis = new DataInputStream(
                new BufferedInputStream(new FileInputStream("data.bin")))) {
            System.out.println(dis.readDouble());
            System.out.println(dis.readUTF());
            System.out.println(dis.readUTF()); // readBytes 寫入的數據用 readUTF 讀會拋異常，此處僅示例
        }

        // 6. RandomAccessFile 隨機修改
        try (RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("random.dat", "rw")) {
            for (int i = 0; i < 10; i++) raf.writeDouble(i * 1.414);
            raf.seek(5 * 8);                 // 定位到第 6 個 double
            raf.writeDouble(47.0001);        // 覆蓋
            raf.seek(0);
            for (int i = 0; i < 10; i++) System.out.println("Value " + i + ": " + raf.readDouble());
        }
    }
}

現代替代方案 (JDK 7+)

• NIO.2 (java.nio.file)：Files.readAllLines(), Files.write(), Files.newBufferedReader()，API 更簡潔、支援符號鏈接、屬性讀取。
• try-with-resources：自動關閉實現 AutoCloseable 的資源，消除 finally 樣板代碼。
• StandardCharsets：StandardCharsets.UTF_8 替代字符串 "UTF-8"，編譯期檢查拼寫。

總結

1. 明確「字節 vs 字符」、「節點 vs 處理」二維分類，按需組裝流鏈。
2. 緩衝 (Buffered*) 是效能基石，幾乎所有文件讀寫都應加緩衝。
3. 轉換流 必須顯式指定 Charset，杜絕平台相關亂碼。
4. 隨機訪問用 RandomAccessFile；現代項目優先考慮 NIO.2 FileChannel + MappedByteBuffer。
5. 資源管理統一使用 try-with-resources，簡潔且安全。

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