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Java I/O 流對象選型決策樹：從源頭到目的地的完整選型指南

編輯：Java 相關知識

前言

Java I/O 體系龐大（40+ 類），初學者常陷入「不知選哪個流」的困境。本文提供**三步決策法**、**裝飾者模式組合表**、**實戰場景對照表**，讓流選型變得機械化、標準化。

一、三步決策法（核心心法）

步驟 1：確定資料流向

輸入：資料從外部進入程式 → **InputStream / Reader**
輸出：資料從程式寫出外部 → **OutputStream / Writer**

步驟 2：確定資料型別

純文字**：字元、字串、JSON、XML、CSV → **Reader / Writer**（字元流，16-bit char）
二進位**：圖片、視訊、音訊、序列化物件、壓縮檔 → **InputStream / OutputStream**（位元組流，8-bit byte）

步驟 3：確定源/目的裝置

二、裝飾者模式組合速查表（效能與功能增強）

2.1 位元組流裝飾鏈


// 基礎節點流
InputStream in = new FileInputStream("data.bin");

// 第一層：緩衝（必加，提升效能 10-100 倍）
BufferedInputStream bin = new BufferedInputStream(in);

// 第二層：資料型別轉換（可選）
DataInputStream din = new DataInputStream(bin); // 讀基本型別
ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(bin); // 反序列化物件
GZIPInputStream gin = new GZIPInputStream(bin); // 解壓縮

// 一行式組合（實戰推薦）
try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(
         new BufferedInputStream(new FileInputStream("user.dat")))) {
    User user = (User) ois.readObject();
}

2.2 字元流裝飾鏈


// 基礎節點流
Reader reader = new FileReader("data.txt", StandardCharsets.UTF_8); // Java 11+

// 第一層：緩衝（必加，支援 readLine()）
BufferedReader br = new BufferedReader(reader);

// 第二層：掃描/解析（可選）
Scanner scanner = new Scanner(br); // 正則分詞
LineNumberReader lnr = new LineNumberReader(br); // 行號追蹤

// 一行式組合
try (BufferedReader br = new BufferedReader(
         new FileReader("config.txt", StandardCharsets.UTF_8))) {
    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) { /* 處理 */ }
}

2.3 跨界轉換：位元組 ↔ 字元


// 位元組流 → 字元流（指定編碼，解決中文亂碼）
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream("data.txt"), "UTF-8");
BufferedReader br = new BufferedReader(isr);

// 字元流 → 位元組流
OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("out.txt"), "UTF-8");
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(osw);

// Java 11+ 簡化
Reader reader = new FileReader("data.txt", StandardCharsets.UTF_8);
Writer writer = new FileWriter("out.txt", StandardCharsets.UTF_8);

三、實戰場景標準組合

裝置	輸入流	輸出流
檔案	FileInputStream	FileOutputStream
檔案(文字)	FileReader	FileWriter
記憶體陣列	ByteArrayInputStream	ByteArrayOutputStream
記憶體陣列(文字)	CharArrayReader	CharArrayWriter
字串	StringReader	StringWriter
網路 Socket	socket.getInputStream()	socket.getOutputStream()
標準輸入/輸出	System.in	System.out / System.err
管道(執行緒間)	PipedInputStream	PipedOutputStream

場景	標準組合	關鍵點
複製二進位檔案	FileInputStream → BufferedInputStream → BufferedOutputStream → FileOutputStream	緩衝區大小 8KB-64KB
讀取文字檔案(逐行)	FileReader → BufferedReader → readLine()	指定編碼 UTF-8
寫入文字檔案	FileWriter → BufferedWriter → write()/newLine()	flush() 確保落盤
物件序列化/反序列化	ObjectOutputStream/ObjectInputStream + Buffered	實作 Serializable、serialVersionUID
資料型別讀寫	DataOutputStream/DataInputStream + Buffered	順序一致、UTF-8 字串
壓縮/解壓縮	GZIPOutputStream/GZIPInputStream + Buffered	大檔案分塊處理
網路通訊	Socket.getInputStream()/getOutputStream() + Buffered	設定 SO_TIMEOUT、KeepAlive
控制台互動	System.in → InputStreamReader → BufferedReader / Scanner	Scanner 適合分詞，BufferedReader 適合逐行
記憶體高速緩衝	ByteArrayOutputStream / ByteArrayInputStream	避免磁碟 IO、單元測試 Mock
隨機存取檔案	RandomAccessFile ("rw")	seek() 定位、支援斷點續傳

四、NIO.2 現代替代方案（Java 7+）

4.1 Files 工具類（靜態方法，簡潔）


// 讀取全部行
List lines = Files.readAllLines(Paths.get("data.txt"), StandardCharsets.UTF_8);

// 串流處理大檔案
try (Stream lines = Files.lines(Paths.get("big.log"), StandardCharsets.UTF_8)) {
    lines.filter(l -> l.contains("ERROR")).forEach(System.out::println);
}

// 複製/移動/刪除
Files.copy(src, dest, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);
Files.move(src, dest, StandardCopyOption.ATOMIC_MOVE);
Files.deleteIfExists(path);

4.2 Channel 與 Buffer（高效能、非阻塞）


try (FileChannel in = FileChannel.open(Paths.get("src"), StandardOpenOption.READ);
     FileChannel out = FileChannel.open(Paths.get("dest"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE)) {
    
    // 直接通道傳輸（零拷貝，OS 級優化）
    in.transferTo(0, in.size(), out);
    
    // 或 MappedByteBuffer（記憶體映射，超大檔案）
    MappedByteBuffer buffer = in.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, in.size());
    out.write(buffer);
}