Java IO 流體系深度解析：從位元組到字符的完整指南

核心問題：IO 解決什麼？

Java IO 的本質是解決設備間數據傳輸問題，典型場景包括：硬碟 ↔ 記憶體、網路套接字 ↔ 應用程式、鍵盤/螢幕 ↔ 程式邏輯。所有流操作最終都歸結為「讀取來源」與「寫入目的地」兩個動作。

一、位元組流家族

位元組流直接處理二進位資料，無需編碼/解碼，適用於圖片、影片、音訊、壓縮檔等二進位檔案。

1. 輸入位元組流

• InputStream：抽象基類，定義 read() 等核心方法
• FileInputStream：從檔案系統讀取原始位元組
• BufferedInputStream：內部維護 8KB 緩衝陣列，大幅減少系統呼叫次數，提升讀取效能

2. 輸出位元組流

• OutputStream：抽象基類，定義 write() 等核心方法
• FileOutputStream：向檔案系統寫入原始位元組
• BufferedOutputStream：同樣 8KB 緩衝，批次刷新至磁碟

二、字符流家族

字符流 = 位元組流 + 編碼/解碼器。專門處理文本資料，內部自動依平台預設或指定 Charset 進行轉換。

1. 輸入字符流

• Reader：抽象基類
• FileReader：便利類，實際委派 InputStreamReader，預設採用平台編碼（Windows 為 GBK）
• BufferedReader：8192 字符緩衝，新增 readLine() 按行讀取，極適合文本檔解析

2. 輸出字符流

• Writer：抽象基類
• FileWriter：對應 OutputStreamWriter，同樣受限於預設編碼
• BufferedWriter：緩衝寫入，提供跨平台 newLine()

三、轉換流：橋接位元組與字符

當需要指定編碼時，必須使用轉換流：

• InputStreamReader：位元組輸入流 → 字符輸入流
• OutputStreamWriter：位元組輸出流 → 字符輸出流

兩者構造方法均支援 Charset 參數，解決 FileReader/Writer 無法指定編碼的缺陷。

四、實戰程式碼範例

package cn.xlucas.io;

import java.io.*;

public class IoDemo1 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        writeFile();
        readFile();
    }

    // 以 UTF-8 寫入中文
    public static void writeFile() throws IOException {
        try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream("F:\\a.txt");
             OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(fos, "utf-8")) {
            osw.write("中國");
        }
    }

    // 以 UTF-8 讀取並輸出到控制台
    public static void readFile() throws IOException {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("F:\\a.txt");
             InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis, "utf-8")) {
            int ch;
            while ((ch = isr.read()) != -1) {
                System.out.print((char) ch);
            }
        }
    }

    // 鍵盤輸入示範：System.in → BufferedReader
    public static void testInput() throws IOException {
        try (InputStreamReader isr = new InputStreamReader(System.in);
             BufferedReader br = new BufferedReader(isr)) {
            System.out.println("請輸入一行文字：");
            System.out.println("您輸入了：" + br.readLine());
        }
    }
}

五、選型速查表

六、最佳實踐提醒

1. 優先使用 try-with-resources（JDK 7+）自動關閉資源，避免洩漏；
2. 大檔案處理時務必加緩衝，否則頻繁系統呼叫導致效能崩潰；
3. 明確指定 StandardCharsets.UTF_8 而非字串常數，獲得編譯期檢查；
4. 字符流僅用於純文本，混合二進位協議請堅持位元組流並自行解碼。