Java I/O 流核心概念全景解析：從位元組流到物件序列化

流是 Java I/O 系統的核心抽象，無論是檔案讀寫、網路通訊還是程序間通訊，本質上都是在處理資料流。本文從基礎位元組流講起，層層遞進到字元流、緩衝流、物件序列化，構建完整知識體系。

一、位元組流基石：InputStream / OutputStream

所有位元組流的父類別，處理單位為「位元組」，適用於圖片、影音、二進位檔案等非文本資料。

核心概念

• 輸入流：從資料源讀取位元組（InputStream）。
• 輸出流：向目的地寫入位元組（OutputStream）。
• 流的獲取：不同資料源有不同獲取方式。檔案用 FileInputStream，網路用 Socket.getInputStream()。

檔案讀取標準範式

try (InputStream is = new FileInputStream("c:/boot.ini")) {
    byte[] buffer = new byte[10240];
    int len;
    ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
    while ((len = is.read(buffer)) != -1) {
        baos.write(buffer, 0, len);
    }
    String content = baos.toString();
    System.out.println(content);
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

關鍵點：

1. 使用 try-with-resources 自動關閉流（Java 7+），避免資源洩漏。
2. 採用緩衝陣列 buffer 批量讀寫，避免單位元組操作效能極差。
3. read() 返回實際讀取位元組數，-1 表示流結束。

檔案寫入範例

try (OutputStream os = new FileOutputStream("c:/now.txt")) {
    os.write(new Date().toString().getBytes());
    // try-with-resources 自動 flush 並 close
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

二、字元流：Reader / Writer

位元組流的裝飾者，專門處理「字元」資料，內部自動處理字元編碼轉換（預設 UTF-8），適用於文本檔案。

直接使用 FileReader

try (Reader reader = new FileReader("c:/boot.ini")) {
    char[] buffer = new char[10240];
    int count;
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    while ((count = reader.read(buffer)) != -1) {
        sb.append(buffer, 0, count);
    }
    System.out.println(sb.toString());
}

最佳實踐：BufferedReader 按行讀取

try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("c:/boot.ini"))) {
    String line;
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    while ((line = br.readLine()) != null) {
        sb.append(line).append("\n");
    }
    System.out.println(sb.toString());
}

BufferedReader 內部有 8KB 預設緩衝區，readLine() 直接返回一行文本，無需手動處理換行符，是讀取文本檔的標準做法。

三、物件序列化：ObjectOutputStream / ObjectInputStream

將物件圖轉換為位元組序列（序列化），或從位元組序列重建物件（反序列化），支援物件持久化與網路傳輸。

核心要求

• 類別必須實作 Serializable 介面（標記介面，無方法）。
• 建議顯式宣告 serialVersionUID，避免版本不兼容導致 InvalidClassException。
• transient 關鍵字標記不序列化欄位（如密碼、暫存計算結果）。

完整範例

// 定義可序列化類別
class Person implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String name;
    private int age;
    private transient String password; // 不序列化
    // 建構子、getter/setter、toString()...
}

// 序列化寫入
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("persons.data"))) {
    oos.writeObject(new Person("張三", 23));
    oos.writeObject(new Person("李四", 24));
}

// 反序列化讀取
try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("persons.data"))) {
    while (true) {
        try {
            Person p = (Person) ois.readObject();
            System.out.println(p);
        } catch (EOFException e) {
            break; // 讀取結束
        }
    }
}

四、流體系架構總覽

五、實務避坑指南

1. 一定要關閉流：使用 try-with-resources，確保即使拋出異常也能釋放資源。
2. 指定編碼：new InputStreamReader(is, "UTF-8")，避免平台預設編碼不一致導致亂碼。
3. 大檔案用緩衝：無論位元組還是字元流，都要套 BufferedInputStream/BufferedReader。
4. 序列化慎用：會破壞封裝、增加耦合、版本演進困難。優先考慮 JSON、Protobuf 等跨語言格式。
5. 區分位元組/字元：二進位檔用位元組流，文本檔用字元流，切勿混用。

掌握 Java 流體系，關鍵在於理解「裝飾者模式」如何層層包裝賦予新功能，並根據資料性質選擇正確的流組合。