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Java 核心技術精進：File I/O、異常處理、序列化、MySQL 連線與 Socket 網路程式設計

編輯：Java 相關知識

前言

Java 的 I/O 體系、異常處理機制、物件序列化、資料庫連線以及網路程式設計，構成了 Java 後端開發的核心基石。本文將系統性地梳理這五大核心模組，透過實戰程式碼範例，幫助開發者建立完整的知識體系，提升工程實戰能力。

一、Java I/O 流與檔案操作

1.1 流的基本概念

Java 的 java.io 套件提供了完整的 I/O 支援，所有流類別繼承自四大抽象基類：InputStream、OutputStream、Reader、Writer。流可理解為資料序列，輸入流從來源讀取資料，輸出流向目的地寫入資料。

1.2 控制台輸入輸出

BufferedReader 讀取字元

BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
char c = (char) br.read(); // 讀取單一字元
String line = br.readLine(); // 讀取整行字串

Scanner 類別（Java 5 新特性）

Scanner scanner = new Scanner(System.in);
// next() 以空白為分隔符，nextLine() 以換行符為分隔符
if (scanner.hasNextInt()) {
    int num = scanner.nextInt();
}

next() vs nextLine() 差異：next() 會自動忽略前導空白，遇空白結束；nextLine() 可獲取包含空白的完整行。

1.3 檔案位元組流操作

FileInputStream / FileOutputStream

// 寫入位元組
byte[] data = {11, 22, 33, 55, 66};
try (OutputStream os = new FileOutputStream("F:\\sql_text\\department.txt")) {
    for (byte b : data) os.write(b);
}

// 讀取位元組
try (InputStream is = new FileInputStream("F:\\sql_text\\department.txt")) {
    int size = is.available();
    for (int i = 0; i < size; i++) System.out.print(is.read());
}

字元流處理中文亂碼

// 寫入指定編碼
File f = new File("F:\\sql_text\\department.txt");
try (OutputStreamWriter writer = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(f), "UTF-8")) {
    writer.append("中文輸入").append("\r\n").append("English");
}

// 讀取指定編碼
try (InputStreamReader reader = new InputStreamReader(new FileInputStream(f), "UTF-8")) {
    StringBuffer sb = new StringBuffer();
    while (reader.ready()) sb.append((char) reader.read());
    System.out.println(sb.toString());
}

二、Java 異常處理機制

2.1 異常體系架構

受檢異常：編譯期必須處理，如 IOException、ClassNotFoundException
執行時異常：可避免的程式錯誤，如 NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException
錯誤：JVM 層級嚴重問題，如 OutOfMemoryError、StackOverflowError

2.2 核心捕獲語法

try {
    // 風險程式碼
} catch (ExceptionType1 e1) {
    // 處理異常 1
} catch (ExceptionType2 e2) {
    // 處理異常 2
} finally {
    // 清理資源，必定執行
}

2.3 自訂異常實戰

// 受檢異常
class InsufficientFundsException extends Exception {
    private double amount;
    public InsufficientFundsException(double amount) { this.amount = amount; }
    public double getAmount() { return amount; }
}

// 使用場景：銀行提款
public void withdraw(double amount) throws InsufficientFundsException {
    if (amount <= balance) balance -= amount;
    else throw new InsufficientFundsException(amount - balance);
}

三、Java 物件序列化

3.1 序列化條件

類別必須實作 java.io.Serializable 介面
所有屬性必須可序列化，不可序列化屬性需標記 transient

3.2 序列化與反序列化範例

// Employee.java
public class Employee implements Serializable {
    public String name;
    public String address;
    public transient int SSN; // 不序列化
    public int number;
}

// 序列化
try (ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("employee.ser"))) {
    Employee e = new Employee();
    e.name = "Nick"; e.address = "Beijing"; e.SSN = 630571017; e.number = 18;
    out.writeObject(e);
}

// 反序列化
try (ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream("employee.ser"))) {
    Employee e = (Employee) in.readObject();
    // SSN 將為 0，因為 transient 不序列化
}

四、JDBC 連線 MySQL 實戰

4.1 環境準備

下載 MySQL Connector/J 驅動包，專案中引入 JAR。Maven 依賴：

<dependency>
    <groupId>mysql</groupId>
    <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
    <version>8.0.33</version>
</dependency>

4.2 標準連線範本

public class MySQLDemo {
    private static final String URL = "jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/test?useSSL=false&serverTimezone=UTC";
    private static final String USER = "root";
    private static final String PASS = "password";

    public static void main(String[] args) {
        try (Connection conn = DriverManager.getConnection(URL, USER, PASS);
             Statement stmt = conn.createStatement();
             ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT id, name FROM user")) {

            while (rs.next()) {
                System.out.println(rs.getInt("id") + " " + rs.getString("name"));
            }
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

最佳實踐：使用 try-with-resources 自動關閉資源，採用 PreparedStatement 防止 SQL 注入，連線池管理連線生命週期。

五、Socket 網路程式設計

5.1 TCP Socket 通訊模型

I/O 流類別層次圖

5.2 伺服器端實作

public class GreetingServer extends Thread {
    private ServerSocket serverSocket;

    public GreetingServer(int port) throws IOException {
        serverSocket = new ServerSocket(port);
        serverSocket.setSoTimeout(9999);
    }

    public void run() {
        while (true) {
            try (Socket client = serverSocket.accept();
                 DataInputStream in = new DataInputStream(client.getInputStream());
                 DataOutputStream out = new DataOutputStream(client.getOutputStream())) {

                System.out.println("Client connected: " + client.getRemoteSocketAddress());
                System.out.println("Received: " + in.readUTF());
                out.writeUTF("Server reply: " + client.getLocalSocketAddress());
            } catch (SocketTimeoutException e) {
                break;
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
                break;
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        new GreetingServer(Integer.parseInt(args[0])).start();
    }
}

5.3 客戶端實作

public class GreetingClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        try (Socket socket = new Socket(args[0], Integer.parseInt(args[1]));
             DataOutputStream out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
             DataInputStream in = new DataInputStream(socket.getInputStream())) {

            out.writeUTF("Hello from " + socket.getLocalSocketAddress());
            System.out.println("Server says: " + in.readUTF());
        }
    }
}

5.4 關鍵類別方法速查

類別	常用方法	說明
ServerSocket	accept()	阻塞等待客戶端連線
Socket	getInputStream() / getOutputStream()	獲取雙向通訊流
InetAddress	getByName() / getLocalHost()	IP 位址解析