Java IO流使用指南

一、什麼是IO流？

IO（Input/Output）即輸入與輸出，Java中的IO流是用來處理文件與數據流的機制。Java將流定義為一個連續的字元序列和位元組序列。在Java中，流是用於讀寫操作的，數據流向被讀取，也可以流向被寫入。IO流通常分為位元組流和字元流。位元組流用於處理二進位數據，例如處理圖像和音頻文件；字元流則用於處理文本數據，例如處理文本文件。Java中的IO流主要有三個途徑：File類、流式傳輸API、NIO。

public class IOStreamDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            File file = new File("test.txt");
            FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis, "UTF-8");
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
            String line;
            while((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
            br.close();
            isr.close();
            fis.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

二、JAVA IO流的分類

Java的IO流可以根據數據傳輸方式劃分為位元組流和字元流，可以根據操作的數據單位劃分為節點流和處理流。

1. 位元組流和字元流

位元組流主要由InputStream和OutputStream構成，其中InputStream是抽象類，可以根據具體數據類型採取相應的輸入流，如FileInputStream；OutputStream也是抽象類，可以根據具體數據類型採取相應的輸出流，如FileOutputStream。

字元流主要由Reader和Writer構成，其中Reader是抽象類，可以根據具體數據類型採取相應的讀取字元流，如FileReader；Writer也是抽象類，可以根據具體數據類型採取相應的寫入字元流，如FileWriter。

import java.io.*;

public class ByteStreamDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            File file = new File("test.txt");
            FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
            byte[] b = new byte[1024];
            int len;
            while ((len = fis.read(b)) != -1) {
                System.out.println(new String(b,0,len, "UTF-8"));
            }
            fis.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

2. 節點流和處理流

節點流負責數據的讀寫，處理流則利用節點流進行數據讀寫的過程中添加相應的處理方式。節點流可以直接操作文件，但是處理流不能單獨存在，它必須依託於其他的節點流的基礎之上。常見的例子是BufferedReader和文件的結合。

import java.io.*;

public class ReaderDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            File file = new File("test.txt");
            FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis, "UTF-8");
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
            String line;
            while((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
            br.close();
            isr.close();
            fis.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

三、Java IO流的常用類

1. FileInputStream 和 FileOutputStream類

FileInputStream和FileOutputStream用於讀取和輸出文件數據。這兩個類是位元組流的標準類型，它們通過簡單的InputStream和OutputStream類進行包裝實現。

import java.io.*;

public class FileStreamDemo {
    public static void main(String[] args) {
        File file = new File("test.txt");
        try {
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);
            String data = "這是Java IO流的使用指南";
            byte[] b = data.getBytes("UTF-8");
            fos.write(b);
            fos.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        try {
            FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
            byte[] b = new byte[(int) file.length()];
            fis.read(b);
            System.out.println(new String(b, "UTF-8"));
            fis.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

2. Reader和Writer類

Reader和Writer類是用於讀取和輸出字元數據的類，它提供了直觀的讀寫介面，適合於處理文本類型數據。

import java.io.*;

public class FileWriterDemo {
    public static void main(String[] args) {
        File file = new File("test.txt");
        try {
            FileWriter fw = new FileWriter(file);
            fw.write("這是Java IO流的使用指南");
            fw.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        try {
            FileReader fr = new FileReader(file);
            char[] b = new char[(int) file.length()];
            fr.read(b);
            System.out.println(new String(b));
            fr.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3. BufferedReader 和 BufferedWriter類

BufferedReader和BufferedWriter是高效的讀取和輸出字元數據的類，它們提供了緩衝讀寫介面，可以提高IO效率。

import java.io.*;

public class BufferedWriterDemo {
    public static void main(String[] args) {
        File file = new File("test.txt");
        try {
            BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter(file));
            bw.write("這是Java IO流的使用指南");
            bw.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        try {
            BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(file));
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
            br.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

四、Java NIO介紹

NIO（New IO）是JDK1.4版本引入的一組帶有新功能的IO API。NIO支持面向緩衝的，基於通道的IO操作。 NIO是一種基於緩存的IO方式，主要是為了解決BIO（Blocking IO）多線程讀取數據的問題，在NIO中可以設置一個或多個緩存裝滿需要傳輸的內容，然後再操作緩存中的內容。

import java.nio.*;
import java.nio.channels.*;
import java.nio.charset.*;
import java.nio.file.*;

public class NIODemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Path path = Paths.get("test.txt");
            String input = "這是Java NIO的使用指南";
            Files.write(path, input.getBytes(), StandardOpenOption.CREATE);

            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
            FileChannel fileChannel = FileChannel.open(path);
            int bytesRead = fileChannel.read(byteBuffer);
            while (bytesRead != -1){
                byteBuffer.flip();
                while(byteBuffer.hasRemaining()) {
                    System.out.print(charset.decode(byteBuffer));
                }
                byteBuffer.clear();
                bytesRead = fileChannel.read(byteBuffer);
            }
            fileChannel.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}