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Java I/O 字符輸入流 Reader 體系全解析

編輯：Java 程式設計入門

Java 字符輸入流 Reader 體系架構

在 Java I/O 體系中，字符輸入流 Reader 扮演著核心角色。本文將系統梳理 Reader 的繼承體系與核心實現類，幫助開發者快速建立完整的知識框架。以下是 Reader 的主要子類分類：

Reader 類結構圖

抽象基類：Reader —— 所有字符輸入流的根節點
字節轉字符橋樑：InputStreamReader —— 將字節流解碼為字符流
文件讀取：FileReader —— 直接讀取本地字符文件
內存數組讀取：CharArrayReader —— 以字符數組為數據源
線程間通信：PipedReader —— 配合 PipedWriter 實現同一 JVM 內線程通信
緩衝增強：BufferedReader —— 提供行讀取等高級功能
過濾框架：FilterReader —— 自定義過濾邏輯的基類
字符串讀取：StringReader —— 將字符串作為輸入源
特殊解析：PushbackReader（支持回退）、LineNumberReader（行號追蹤）

InputStreamReader：字節與字符的轉換樞紐

InputStreamReader 是連接字節流與字符流的關鍵橋樑。其每個構造方法均接收一個 InputStream 參數，底層通過 StreamDecoder 實現解碼邏輯（包括構造時的 StreamDecoder.forInputStreamReader 與讀取時的 StreamDecoder.read）。

InputStreamReader 源碼結構

提示：有興趣深入了解解碼機制的讀者可自行研讀 StreamDecoder 源碼。

代碼示例：標準輸入讀取

package io;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.Reader;

public class IOTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 將標準字節輸入流包裝為字符輸入流
        Reader reader = new InputStreamReader(System.in);
        // 讀取單個字符並輸出
        System.out.println((char) reader.read());
        reader.close();
    }
}
// 輸入範例：鍵盤輸入 0 → 輸出 0

FileReader：本地文件讀取的便捷入口

FileReader 繼承自 InputStreamReader，專門用於讀取本地字符文件。其構造方法內部會先根據參數創建 FileInputStream，再調用父類構造方法完成字節到字符的轉換。

FileReader 構造方法

代碼示例：文件讀取

package io;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
import java.io.Reader;

public class IOTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Reader reader = new FileReader("C:\\test.txt");
        System.out.println((char) reader.read());
        reader.close();
    }
}

CharArrayReader：內存字符數組的流式訪問

CharArrayReader 允許直接將字符數組作為輸入源。值得注意的是，它持有對外部數組的引用，因此數組內容的變更會即時反映到流的讀取結果中。

CharArrayReader 構造方法

代碼示例：數組變更的即時性

package io;
import java.io.CharArrayReader;
import java.io.IOException;
import java.io.Reader;

public class IOTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        char[] charArr = {'a', 'b', 'c'};
        Reader reader = new CharArrayReader(charArr);
        // 修改原數組
        charArr[0] = 'e';
        // 讀取到的是修改後的 'e'
        System.out.println((char) reader.read());
        reader.close();
    }
}

PipedReader：線程間的字符管道

PipedReader 需與 PipedWriter 配合使用，實現同一 JVM 內兩個線程的字符數據傳輸。讀寫操作均為阻塞式，典型場景為生產者-消費者模型。

代碼示例：線程通信

package io;
import java.io.IOException;
import java.io.PipedReader;
import java.io.PipedWriter;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class IOTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        final PipedWriter pw = new PipedWriter();
        final PipedReader pr = new PipedReader(pw);
        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
        
        es.execute(() -> {
            try { pw.write("hello~"); } 
            catch (IOException e) { e.printStackTrace(); }
        });
        
        es.execute(() -> {
            char[] cbuffer = new char[6];
            try { pr.read(cbuffer, 0, 6); } 
            catch (IOException e) { e.printStackTrace(); }
            System.out.println(cbuffer);
        });
    }
}

BufferedReader：緩衝與行讀取的雙重優勢

採用裝飾器模式設計，BufferedReader 為被裝飾流提供字符緩衝區，避免頻繁訪問底層介質，並新增 readLine() 等實用方法。參考：裝飾器模式詳解

代碼示例：帶緩衝的文件逐行讀取

package io;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class IOTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 指定 10KB 緩衝區
        BufferedReader reader = new BufferedReader(
            new FileReader("C:\\test.txt"), 10 * 1024);
        System.out.println(reader.readLine());
        System.out.println(reader.readLine());
        System.out.println(reader.readLine());
        reader.close();
    }
}

LineNumberReader：行號感知的讀取器

繼承自 BufferedReader，除保留所有功能外，新增行號追蹤能力。需注意 setLineNumber() 僅修改內部計數器，不會導致流跳轉。

代碼示例：行號獲取

package io;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
import java.io.LineNumberReader;

public class IOTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        LineNumberReader reader = new LineNumberReader(
            new FileReader("C:\\test.txt"), 10 * 1024);
        System.out.println(reader.getLineNumber()); // 0
        System.out.println(reader.readLine());
        System.out.println(reader.getLineNumber()); // 1
        System.out.println(reader.readLine());
        reader.close();
    }
}

FilterReader：自定義過濾的基石

抽象類 FilterReader 簡單覆寫了 Reader 的所有方法，作為實現自定義過濾邏輯的基類。雖然功能看似單薄，但為擴展提供了標準契約。

PushbackReader：支持回退的靈活讀取

同樣基於裝飾器模式，PushbackReader 允許通過 unread() 將已讀字符推回緩衝區，下次讀取優先從緩衝區獲取。常用於需要「回頭看」的解析場景（如詞法分析）。

代碼示例：字符回退

package io;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
import java.io.PushbackReader;

public class IOTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        PushbackReader reader = new PushbackReader(
            new FileReader("C:\\test.txt"), 1024);
        char a = (char) reader.read();
        System.out.println(a);
        reader.unread(a); // 推回緩衝區
        System.out.println((char) reader.read()); // 再次讀取同一字符
        System.out.println((char) reader.read()); // 讀取下一字符
        reader.close();
    }
}

StringReader：字符串輸入流化

最輕量的實現，直接將字符串轉為字符輸入流，適合單元測試或簡單解析場景。

代碼示例

package io;
import java.io.IOException;
import java.io.StringReader;

public class IOTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        StringReader reader = new StringReader("hello~");
        char[] cbuf = new char[6];
        reader.read(cbuf, 0, 6);
        System.out.println(cbuf);
        reader.close();
    }
}