Java IO 系統演進與裝飾器模式實戰

IO 系統兩大版本

• Java 1.0（字節流）：InputStream/OutputStream 體系，最小單元 8 位字節，無緩衝，直接操作磁盤。
• Java 1.1（字符流）：Reader/Writer 體系，最小單元 16 位字符，支持 Unicode，引入緩衝機制，效率更高。

字符流因使用內存緩衝區，讀寫速度遠快於直接操作硬盤的字節流。但文件存儲仍以字節為主，因此字節流在開發中更常用。

核心類別詳解

輸入流（InputStream 体系）

• ByteArrayInputStream：字節數組輸入
• FileInputStream：文件輸入，支持文件名、File、FileDescriptor
• PipedInputStream：管道輸入，線程間通信
• FilterInputStream：裝飾器基類，派生 DataInputStream（基本類型讀取）和 BufferedInputStream（緩衝）

輸出流（OutputStream 体系）

• ByteArrayOutputStream：字節數組輸出，自動擴容
• FileOutputStream：文件輸出，注意平台文件鎖限制
• PipedOutputStream：管道輸出，配合輸入流實現線程通信
• FilterOutputStream：裝飾器基類，派生 DataOutputStream 和 BufferedOutputStream

裝飾器模式在 IO 中的應用

IO 涉及文件、字符串、字節、緩衝等多種功能組合。若用繼承會導致類爆炸。裝飾器模式動態組合功能：

InputStream input = new BufferedInputStream(new FileInputStream("test.txt"));

將 FileInputStream 包裝為 BufferedInputStream，賦予緩衝能力，靈活高效。

實戰範例：緩衝複製文件

public void copybyte(String srcFile, String destFile) throws IOException {
    InputStream ins = new FileInputStream(srcFile);
    OutputStream outs = new FileOutputStream(destFile);
    byte[] buf = new byte[16384]; // 16KB 緩衝區
    int len;
    while ((len = ins.read(buf)) != -1) {
        outs.write(buf, 0, len);
    }
    ins.close();
    outs.close();
}

測試顯示 16KB 緩衝區性能最優，進一步增大無提升，受限於硬盤 I/O 瓶頸。BufferedInputStream 默認緩衝區 8KB，說明仍有優化空間。