Java I/O 概述

程序为什么需要 I/O

到目前为止，我们写的程序数据都在内存里。程序一停，数据全没。

想让数据活得比程序久，就得把它写到硬盘文件里。想读取别人给的配置、想收发网络消息，也都要跟外部世界打交道。

这类「程序与外部之间搬运数据」的操作，统称 I/O，即 Input/Output（输入/输出）。

Java 把这套能力放在 java.io 包里，核心概念只有一个字：流。

流到底是什么

把流想象成一根自来水管。水管本身不存水，它只负责让水一段一段流过去。

Java 的流也一样：它不保存数据，只负责让数据一个一个地经过。数据经过的顺序是固定的，先来的先走，不能跳着取。

这根管子的两头分别接着什么，Java 并不关心。可以是硬盘上的文件、可以是网络连接、可以是内存里的一个数组、甚至可以是另一个程序。

正因为不关心，我们才能用同一套 API 处理各种数据源。这是流设计最值钱的地方。

输入还是输出，站在程序的角度看

初学者最常搞混的就是方向。记住一句话：方向永远以你自己的程序为原点。

数据从外面流进程序，叫输入流（Input Stream）。比如读文件、收网络包。

数据从程序流向外面，叫输出流（Output Stream）。比如写文件、往控制台打印。

字节流与字符流的分工

Java 的流分成两大阵营，这是整个 I/O 体系最重要的一条分界线。

字节流以字节（8 位）为最小单位搬运数据。它不管这堆字节是什么含义，照单全收。图片、视频、压缩包、可执行文件，只能用字节流。

字符流以字符（Java 内部用 Unicode，一个 char 占 16 位）为最小单位。它在搬运时会自动做「字节 ↔ 字符」的编码转换。读写文本时用它，省去自己处理编码的麻烦。

一句话选型：能看懂的文本用字符流，看不懂的二进制用字节流。

四大抽象基类

两个阵营 × 两个方向，正好四个抽象基类。整个 java.io 都是围着它们建起来的。

方向	字节流	字符流
输入	InputStream	Reader
输出	OutputStream	Writer

它们都是抽象类，不能直接 new。实际用的是它们的子类，比如读文件用 FileInputStream 或 FileReader。

四个基类各自定义了最核心的方法：InputStream 的 read()、OutputStream 的 write()、Reader 的 read()、Writer 的 write()。

子类再多，也逃不出这几个动作。

节点流与处理流

流还可以按「离数据源的远近」分成两类。

节点流直接连着数据源，是真正干活的那根管子。FileInputStream 直连文件，ByteArrayInputStream 直连内存数组。

处理流不直接连数据源，而是套在别的流外面，给它加功能。BufferedInputStream 加缓冲、DataInputStream 加类型读写能力。

这种「一层套一层」的写法在 Java I/O 里到处都是：

// 三层包装：文件流 → 缓冲流 → 数据流
DataInputStream in = new DataInputStream(
        new BufferedInputStream(
                new FileInputStream("data.bin")));

外层流关闭时会自动关掉内层流，所以只需要关最外面那一个。

流是同步阻塞的

java.io 里的流全部是同步阻塞的。

意思是：调用 read() 之后，当前线程会停在那里等，直到数据真的读回来才继续往下走。

int n = input.read(); // 线程卡在这行，直到读到数据或到达末尾
int m = n;            // 上一行没返回，这行不会执行

硬盘和网络比 CPU 慢好几个数量级。所以 I/O 操作耗时长、且时长无法预估，这是后面学多线程时的重要背景。

必须关闭，且用 try-with-resources 关

文件句柄、网络连接这些资源由操作系统统一管理，数量有限。用完不还，程序迟早会因为句柄耗尽而崩。

所有流都有 close() 方法。但直接调用有个陷阱：中途抛异常就跳过了 close()。

Java 7 起提供了 try-with-resources 语法，把流声明在 try 后的括号里，编译器会自动生成关闭代码：

import java.io.*;

public class IoIntro {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 先写一个文件，保证下面读的时候一定存在
        try (Writer writer = new FileWriter("demo.txt")) {
            writer.write("Hello, Java I/O!");
        } // 离开代码块，writer 自动关闭

        // 再把它读回来
        try (Reader reader = new FileReader("demo.txt")) {
            int c;
            while ((c = reader.read()) != -1) {
                System.out.print((char) c);
            }
        }
        System.out.println();
    }
}

编译运行：

javac IoIntro.java
java IoIntro

输出：

Hello, Java I/O!

历史兼容写法（Java 7 之前）长这样，现在只做对照，不要在新代码里用：

// 历史兼容：Java 7 之前的手动关闭，啰嗦且容易漏
InputStream input = null;
try {
    input = new FileInputStream("demo.txt");
    // ...读取...
} finally {
    if (input != null) {
        input.close();
    }
}

java.io 之外还有 NIO.2

java.io 是 Java 1.0 就有的老资格。Java 7 又引入了 java.nio.file 包，提供 Path 和 Files 两个更现代的工具。

两者不是替代关系：Files 适合简单的整文件读写和目录操作，流适合大文件的分段处理。后面第 91、92 章会专门讲。

本节小结

• 流是一条单向的数据通道，只管顺序传输，不保存数据。
• 方向以自己的程序为原点：读进来是输入流，写出去是输出流。
• 二进制数据用字节流，文本数据用字符流，选错会乱码。
• 四大基类：InputStream、OutputStream、Reader、Writer。
• 处理流套在节点流外面加功能，只需关闭最外层。
• 所有流一律用 try-with-resources 管理，不要手写 finally。