Java IO 操作總結（四）：序列化、管道流、Data 流與隨機存取

前言

承接前三篇基礎 IO 操作，本文深入探討物件序列化、執行緒間管道通訊、基本類型資料流等進階主題，這些是分散式系統、高效能 IO 與資料持久化的核心基礎。

一、物件序列化

序列化將物件狀態轉為位元組序列，可持久化至磁碟或透過網路傳輸；反序列化則還原物件。核心介面：java.io.Serializable（標記介面，無方法）。

實例 1：物件序列化至檔案

import java.io.*;

class Person implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String name;
    private int age;
    public Person(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; }
    @Override public String toString() { return "Name:" + name + ", Age:" + age; }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        String path = "demo.ser";
        Person p1 = new Person("張三", 12);
        Person p2 = new Person("李四", 14);

        try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream(path);
             ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos)) {
            oos.writeObject(p1);
            oos.writeObject(p2);
            System.out.println("序列化完成");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

關鍵點：

• 實作 Serializable，建議顯式宣告 serialVersionUID 避免版本不兼容
• transient 關鍵字可排除敏感/非持久化欄位
• 靜態欄位、建構子不參與序列化

實例 2：反序列化還原物件

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        String path = "demo.ser";
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream(path);
             ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis)) {
            Person p = (Person) ois.readObject(); // 需向下轉型
            System.out.println(p); // 輸出: Name:張三, Age:12
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

注意： 反序列化需類別定義一致（含 serialVersionUID），否則拋 InvalidClassException。

二、管道流：執行緒間通訊

管道流 (PipedInputStream/PipedOutputStream) 實現記憶體內生產者-消費者模式，無需中間緩衝陣列，直接連接兩條流。

實例 3：多執行緒管道通訊

import java.io.*;

class Reader implements Runnable {
    private PipedInputStream in;
    public Reader(PipedInputStream in) { this.in = in; }
    @Override public void run() {
        try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(in)) {
            byte[] buf = new byte[1024];
            int len;
            while ((len = bis.read(buf)) != -1) {
                System.out.println("收到: " + new String(buf, 0, len));
            }
        } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); }
    }
}

class Writer implements Runnable {
    private PipedOutputStream out;
    public Writer(PipedOutputStream out) { this.out = out; }
    @Override public void run() {
        try (PrintStream ps = new PrintStream(out)) {
            ps.println("管道輸出測試訊息");
        } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); }
    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        PipedInputStream in = new PipedInputStream();
        PipedOutputStream out = new PipedOutputStream();
        try {
            in.connect(out); // 關鍵：連接管道
            new Thread(new Reader(in)).start();
            new Thread(new Writer(out)).start();
        } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); }
    }
}

原理： 一端寫入阻塞直到另一端讀取，天然實現同步。另有字符版 PipedReader/PipedWriter。

三、DataInputStream / DataOutputStream：基本類型資料流

專門處理 Java 八大基本類型與 String 的二進制讀寫，跨平台一致（大端序），適合資料檔案交換。

實例 4：寫入基本類型資料

try (DataOutputStream dos = new DataOutputStream(new FileOutputStream("data.bin"))) {
    dos.writeInt(12);
    dos.writeBoolean(true);
    dos.writeDouble(12.2223);
    dos.writeChar('a'); // 寫入字符編碼值 97
    dos.writeUTF("中文測試"); // 修改 UTF-8 編碼字串
    dos.flush();
}

實例 5：按順序讀取基本類型

try (DataInputStream dis = new DataInputStream(new FileInputStream("data.bin"))) {
    System.out.println(dis.readInt());    // 12
    System.out.println(dis.readBoolean()); // true
    System.out.println(dis.readDouble());  // 12.2223
    System.out.println(dis.readChar());    // a
    System.out.println(dis.readUTF());     // 中文測試
}

鐵律： 讀取順序必須與寫入順序完全一致，否則資料錯位導致讀取錯誤或 EOFException。

四、補充：RandomAccessFile 隨機存取

雖非流，但結合 seek() 實現檔案隨機讀寫，適合大檔案斷點續傳、索引建立：

try (RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("data.db", "rw")) {
    raf.seek(100); // 移動指標
    raf.writeInt(999);
    raf.seek(0);
    System.out.println(raf.readInt());
}

總結對照表