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Java IO 流與檔案傳輸核心技術深度解析

編輯：Java 相關知識

一、字元編碼與位元組轉換

Java 以 Unicode (UTF-16BE) 為內部編碼，檔案/網路傳輸需轉換為 UTF-8、GBK 等。核心 API：

String s = "好勤學習ABC";
byte[] utf8 = s.getBytes("UTF-8");   // 中文3字節，英文1字節
byte[] gbk  = s.getBytes("GBK");     // 中文2字節，英文1字節
byte[] u16  = s.getBytes("UTF-16BE");// 中英文均2字節

// 解碼必須指定原編碼，否則產生亂碼
String str = new String(bytes, "UTF-8");

& 0xFF 技巧： Integer.toHexString(b & 0xFF) 將 signed byte 轉為無符號十六進制顯示，避免高位符號擴展干擾。

二、File 類：路徑與目錄操作

File f = new File("D:/data"); // 路徑分隔符建議用 File.separator 或 "/"
f.exists(); f.isDirectory(); f.isFile();
f.mkdir(); f.mkdirs(); f.delete();
f.getAbsolutePath(); f.getName(); f.getParent();

遞迴遍歷目錄

public static void listAll(File dir) {
    if (!dir.exists() || !dir.isDirectory()) return;
    for (File f : dir.listFiles()) {
        if (f.isDirectory()) listAll(f);
        else System.out.println(f.getAbsolutePath());
    }
}

三、RandomAccessFile：隨機存取

支援 `seek(pos)` 定位檔案指標，可讀可寫，適合斷點續傳、大檔案分片處理。

四、位元組流體系

層級	輸入流	輸出流	特點
基礎節點流	FileInputStream	FileOutputStream	直接對接檔案，單位位元組
資料處理流	DataInputStream	DataOutputStream	按基本型別讀寫
緩衝流	BufferedInputStream	BufferedOutputStream	8KB緩衝，大幅提升效能

檔案複製效能對比

// 1. 單位元組：極慢
while ((c = in.read()) != -1) out.write(c);

// 2. 緩衝單位元組：尚可
while ((c = bis.read()) != -1) bos.write(c);

// 3. 緩衝批次讀寫：最快（推薦）
byte[] buf = new byte[8192];
int len;
while ((len = bis.read(buf)) != -1) bos.write(buf, 0, len);

實測 10MB 檔案：單位元組 ~20秒、緩衝單位元組 ~10秒、批次緩衝 < 100ms。

五、字元流體系

橋樑類：InputStreamReader / OutputStreamWriter 指定編碼轉換。

try (FileInputStream fis = new FileInputStream("utf8.txt");
     InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis, "UTF-8");
     FileOutputStream fos = new FileOutputStream("utf8_copy.txt");
     OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(fos, "UTF-8")) {
    char[] buf = new char[8192];
    int len;
    while ((len = isr.read(buf)) != -1) osw.write(buf, 0, len);
}

便利類：FileReader/FileWriter（預設平台編碼，跨平台慎用）、BufferedReader/BufferedWriter（按行讀寫）。

六、物件序列化

// 實作 Serializable
public class User implements Serializable { private String name; int age; }

// 序列化
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("user.dat"))) {
    oos.writeObject(new User("Tom", 25));
}

// 反序列化
try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("user.dat"))) {
    User u = (User) ois.readObject();
}

注意： serialVersionUID 明確宣告、transient 排除敏感/非持久化欄位、版本演進需相容規劃。

七、NIO.2 現代化 API 速查

Path p = Paths.get("data.txt");
Files.readAllLines(p, StandardCharsets.UTF_8); // 一次讀全檔
Files.write(p, list, StandardCharsets.UTF_8);  // 一次寫全檔
Files.copy(src, dest, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);
Files.walkFileTree(root, new SimpleFileVisitor<>() { ... }); // 遍歷

NIO.2 為目前主流檔案操作推薦方式，API 更豐富、異步支援、串流式處理大檔更優雅。