Java中IO流终极指南

🌟 五大核心流详解

1. 基础字节流（FileInputStream/FileOutputStream）

应用场景

• 图片、视频、音频等二进制文件的读写
• 文件加密/解密
• 任意格式文件的复制

代码示例

// 文件加密复制（字节流 + 简单异或加密）
try (FileInputStream fis = new FileInputStream("source.jpg");
     FileOutputStream fos = new FileOutputStream("encrypted.jpg")) {
    
    byte[] buffer = new byte[4096];  // 4KB缓冲区
    int bytesRead;
    while ((bytesRead = fis.read(buffer)) != -1) {
        // 简单加密：每个字节与0xFF异或
        for (int i = 0; i < bytesRead; i++) {
            buffer[i] = (byte) (buffer[i] ^ 0xFF);
        }
        fos.write(buffer, 0, bytesRead);
    }
} catch (IOException e) {
    System.err.println("文件处理失败: " + e.getMessage());
}

常见异常及解决

1. FileNotFoundException

   • 原因：文件路径错误或文件不存在

   • 解决：检查文件路径，确保文件存在

if (!new File("source.jpg").exists()) {
    throw new FileNotFoundException("文件不存在");
}

2. IOException

   • 原因：磁盘故障或文件被锁定

   • 解决：捕获异常并重试或提示用户

try {
    // IO操作
} catch (IOException e) {
    System.err.println("IO错误: " + e.getMessage());
    // 重试逻辑或用户提示
}

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2. 高效字符流（FileReader/FileWriter）

应用场景

• 文本文件的读写（如日志、配置文件、CSV文件）
• 文本内容分析（如词频统计）
• 文本格式转换

代码示例

// 读取CSV文件并解析（字符流 + 缓冲）
try (FileReader fr = new FileReader("data.csv");
     BufferedReader br = new BufferedReader(fr)) {
    
    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) {
        String[] columns = line.split(",");
        System.out.println("解析行: " + Arrays.toString(columns));
    }
} catch (IOException e) {
    System.err.println("读取文件失败: " + e.getMessage());
}

常见异常及解决

1. UnsupportedEncodingException

   • 原因：指定了不支持的字符编码

   • 解决：使用标准字符编码（如UTF-8）

new InputStreamReader(new FileInputStream("data.txt"), StandardCharsets.UTF_8);

2. MalformedInputException

   • 原因：文件内容与指定编码不匹配

   • 解决：检查文件编码，或使用CharsetDecoder处理

CharsetDecoder decoder = StandardCharsets.UTF_8.newDecoder()
    .onMalformedInput(CodingErrorAction.REPLACE)
    .onUnmappableCharacter(CodingErrorAction.REPLACE);

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3. 缓冲装饰流（BufferedInputStream/BufferedReader）

应用场景

• 高频读写操作（如日志记录）
• 大文件处理（如文件分割）
• 性能敏感场景

代码示例

// 使用缓冲流实现文件分割
try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("largefile.bin"))) {
    
    byte[] buffer = new byte[1024 * 1024];  // 1MB缓冲区
    int partNumber = 1;
    int bytesRead;
    while ((bytesRead = bis.read(buffer)) != -1) {
        try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream("part-" + partNumber + ".bin")) {
            fos.write(buffer, 0, bytesRead);
        }
        partNumber++;
    }
} catch (IOException e) {
    System.err.println("文件分割失败: " + e.getMessage());
}

常见异常及解决

1. BufferOverflowException

   • 原因：缓冲区大小不足

   • 解决：增大缓冲区或分块处理

byte[] buffer = new byte[1024 * 1024];  // 1MB缓冲区

2. 性能瓶颈

   • 原因：缓冲区大小设置不合理

   • 解决：根据文件大小调整缓冲区（推荐4KB-8KB）

new BufferedInputStream(fis, 8192);  // 8KB缓冲区

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4. 对象序列化流（ObjectInputStream/ObjectOutputStream）

应用场景

• 对象持久化（如游戏存档）
• 分布式系统通信
• 缓存数据存储

代码示例

// 实现对象的深拷贝
public static <T extends Serializable> T deepClone(T obj) {
    try (ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
         ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos)) {
        
        oos.writeObject(obj);
        oos.flush();
        
        try (ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
             ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis)) {
            return (T) ois.readObject();
        }
    } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
        throw new RuntimeException("克隆失败", e);
    }
}

常见异常及解决

1. InvalidClassException

   • 原因：序列化版本不一致

   • 解决：显式声明serialVersionUID

private static final long serialVersionUID = 1L;

2. NotSerializableException

   • 原因：未实现Serializable接口

   • 解决：确保所有嵌套对象都可序列化

class User implements Serializable { ... }

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5. NIO非阻塞流（FileChannel + Buffer）

应用场景

• 超大型文件处理（如日志分析）
• 高性能网络编程
• 零拷贝文件传输

代码示例

// 使用NIO实现文件快速复制
try (FileChannel srcChannel = new FileInputStream("source.txt").getChannel();
     FileChannel destChannel = new FileOutputStream("target.txt").getChannel()) {
    
    srcChannel.transferTo(0, srcChannel.size(), destChannel);
} catch (IOException e) {
    System.err.println("文件复制失败: " + e.getMessage());
}

常见异常及解决

1. NonReadableChannelException

   • 原因：尝试从不可读的通道读取数据

   • 解决：检查通道的打开模式

FileChannel channel = new FileInputStream("file.txt").getChannel();

2. OverlappingFileLockException

   • 原因：文件锁冲突

   • 解决：确保锁的范围不重叠

FileLock lock = channel.lock(0, Long.MAX_VALUE, true);

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📊 流类型决策矩阵

需求特征	推荐方案	性能指标	适用场景
处理图片/视频	字节流 + 缓冲	⚡⚡⚡⚡	二进制文件处理
文本日志处理	字符流 + 指定编码	⚡⚡⚡	文本文件读写
对象持久化	对象序列化流	⚡⚡	对象存储与传输
100MB以上大文件	NIO内存映射	⚡⚡⚡⚡⚡	高性能文件处理
网络数据传输	缓冲流 + 对象流	⚡⚡⚡	网络通信与数据交换

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🚑 错误诊疗室

病例1：资源泄露风暴

// ❌ 危险代码：可能造成文件句柄泄露
FileInputStream fis = new FileInputStream("data.tmp");
int data = fis.read();
// 忘记调用fis.close();

💊 治疗方案：

// ✅ 安全方案：自动资源管理
try (FileInputStream fis = new FileInputStream("data.tmp")) {
    // 使用资源...
} // 自动调用close()

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病例2：幻影乱码怪

// ❌ 错误示范：使用平台默认编码
new FileReader("utf8.txt"); // 中文Windows默认GBK

💊 治疗方案：

// ✅ 标准方案：明确指定编码
new InputStreamReader(
    new FileInputStream("utf8.txt"), 
    StandardCharsets.UTF_8
)

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掌握这些核心流类型及其应用场景，配合错误处理经验，你将能够轻松应对各种IO编程挑战！🚀