Java IO 套件完整學習指南：從流模型到 NIO 非阻塞 IO

什麼是 IO？

IO（Input/Output） 是電腦與外部世界交換資料的介面。Java 核心庫 java.io 提供全面的 IO 功能：檔案讀寫、標準裝置輸出等。Java 採流（Stream）為基礎進行序列化輸入輸出；另在 java.nio 提供區塊（Block）IO，支援高效能傳輸、記憶體映射、非阻塞操作。

Java IO 架構：裝飾者模式的經典應用

Java IO 體系分為兩大族群：

• 位元組流：InputStream/OutputStream —— 處理二進位資料。
• 字元流：Reader/Writer —— 自動處理字元編碼轉換，適合文字檔。

所有流類別皆成對出現（如 FileInputStream 對應 FileOutputStream）。核心設計採用裝飾者模式：

• 資料源流：FileInputStream、ByteArrayInputStream 等，直接連接實體資料。
• 裝飾功能流：BufferedInputStream、DataInputStream 等，繼承 FilterInputStream，動態疊加功能。

實戰範例：建立具緩衝的檔案輸入流

// 逐步組合
FileInputStream fileIn = new FileInputStream("C:/log.txt");
BufferedInputStream bufferedIn = new BufferedInputStream(fileIn);

// 一行式寫法
InputStream in = new BufferedInputStream(new FileInputStream("C:/log.txt"));

先建立資料源流，再依需求包裝裝飾流，彈性極高。

進階學習資源推薦

• 官方教學：Introduction to Java I/O、I/O: Reading and Writing
• NIO 入門：Getting started with new I/O（含中文版）

NIO 關鍵特性一覽

• 通道：雙向傳輸管道（FileChannel、SocketChannel）。
• 緩衝區：資料暫存容器（ByteBuffer 等），支援讀寫模式切換。
• 選擇器：單一執行緒管理多通道非阻塞事件（Selector）。
• 記憶體映射檔案：MappedByteBuffer 實現零拷貝高速讀寫。

掌握流與區塊兩大模型，並理解裝飾者模式如何賦予 IO 體系極致擴充性，是 Java 後端工程師的必修功課。