Java IO 類體系深度解析：從字節流到字符流的演進

Java IO 類體系概覽

在 JDK API 中，基礎的 IO 類位於 java.io 包，而新實現的 IO 類則分佈在以 java.nio 開頭的包中。本文將重點介紹 java.io 包中的類體系結構。

流的方向與分類

流具有方向性，根據流的方向可劃分為兩大類：

• 輸入流：將外部數據源的數據轉換為流，程序通過讀取流中的數據完成數據讀入。
• 輸出流：將流中的數據轉換到對應的數據源，程序通過向流中寫入數據完成數據寫入。

字節流與字符流

由於 JDK 歷史原因，java.io 實現了兩類流：

• 字節流：以 byte 為基本單位，從 JDK 1.0 開始引入。
• 字符流：以 char 為基本單位（兩個字節），從 JDK 1.1 開始引入，效率較字節流略高。

字符流的類結構基本與字節流一一對應，學習時可先從字節流入手。

四大核心抽象類

Sun 為每個系列設計了父類，具體操作類作為子類實現：

1. 字節輸入流 InputStream

所有字節輸入流的父類，定義了統一的讀取方法，簡化編程難度。常見方法：

• available()：返回未讀取的字節數（不可靠）
• close()：關閉流並釋放資源
• markSupported()、mark()、reset()：標記與重讀機制
• read() 系列：核心讀取方法，阻塞式讀取單個字節、字節數組或指定長度
• skip()：跳過指定字節數

2. 字節輸出流 OutputStream

所有字節輸出流的父類，採用緩衝區機制。常見方法：

• close()：關閉流
• flush()：強制輸出緩衝數據
• write() 系列：核心寫入方法，支持單字節、字節數組、部分數組寫入

3. 字符輸入流 Reader

字節輸入流的升級版，讀取單位為 char，效率更高。新增方法：

• read(CharBuffer)：讀入字符緩衝區
• ready()：判斷流是否準備好可讀取

4. 字符輸出流 Writer

字節輸出流的升級版，寫入單位為 char。新增方法：

• append() 系列：向流末尾追加字符/字符序列
• write(String) 系列：直接寫入字符串或其片段

實體流與裝飾流

根據是否直接連接數據源，IO 類可分為：

• 實體流：直接連接數據源（如 FileInputStream）
• 裝飾流：建立在其他流基礎上，提供額外功能（如 BufferedInputStream）

實際使用時應根據流類型選擇合適的處理方式。