Java IO（输入/输出）是Java编程中处理数据传输的核心机制，无论是文件读写、网络通信还是控制台交互，都离不开IO操作，掌握Java IO的使用，需要理解其核心概念、分类及常用类的应用场景，本文将从基础概念出发，逐步深入到实际应用，帮助读者系统掌握Java IO的使用方法。
Java IO的核心概念：流（Stream）
在Java IO中，“流”是数据传输的抽象概念，它代表了一段连续的数据序列，按照数据传输方向分为输入流（Input Stream）和输出流（Output Stream），输入流从数据源（如文件、内存、网络）读取数据到程序中，输出流将程序中的数据写入到目标地（如文件、控制台）。
流的特点是“顺序读写”，即数据像水流一样按字节或字符的顺序依次传输，流分为“字节流”和“字符流”两大类：字节流以字节（8位）为单位传输，适合处理二进制数据（如图片、音频）；字符流以字符（16位Unicode）为单位传输，适合处理文本数据（如.txt文件）,并能自动处理字符编码转换。
字节流与字符流的区别与应用
字节流的顶层抽象类是InputStream和OutputStream，字符流的顶层抽象类是Reader和Writer，所有具体的流类都继承自这四个基类，形成完整的IO体系。
字节流：处理二进制数据的通用方案
字节流的核心类包括FileInputStream（文件输入流）、FileOutputStream（文件输出流）、BufferedInputStream（缓冲字节输入流）等，以文件读写为例，使用FileInputStream读取文件的代码如下：
try (FileInputStream fis = new FileInputStream("example.txt")) {
byte[] buffer = new byte[1024];
int bytesRead;
while ((bytesRead = fis.read(buffer)) != -1) {
// 处理读取的字节数据
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
上述代码中，try-with-resources语句确保流在使用后自动关闭，避免资源泄漏。read()方法返回读取的字节数，若到达文件末尾则返回-1。
字符流：文本处理的更优选择
字符流的核心类包括FileReader（文件字符输入流）、FileWriter（文件字符输出流）、BufferedReader（缓冲字符输入流）等，字符流的优势在于能自动处理字符编码（如UTF-8、GBK），避免乱码问题，使用BufferedReader读取文本文件并按行处理：
try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("example.txt"))) {
String line;
while ((line = br.readLine()) != null) {
// 处理每一行文本
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
readLine()方法会读取一行文本（不包含换行符），适合处理结构化文本数据。
节点流与处理流的协同工作
根据功能不同，流可分为“节点流”和“处理流”，节点流直接与数据源或目标地连接（如FileInputStream直接连接文件），处理流则包装在节点流或其他处理流之上，增强功能（如缓冲、过滤、转换）。
节点流：IO的“基础通道”
节点流是IO操作的起点，常见的有：
- 文件节点流：
FileInputStream、FileOutputStream、FileReader、FileWriter； - 内存节点流：
ByteArrayInputStream（字节数组输入流）、CharArrayReader（字符数组输入流）； - 管道节点流：
PipedInputStream、PipedOutputStream，用于线程间数据传输。
处理流：提升IO效率与功能
处理流通过包装节点流，提供更高效的读写方式或扩展功能：
- 缓冲流：
BufferedInputStream、BufferedOutputStream、BufferedReader、BufferedWriter，通过内部缓冲区减少IO次数，显著提升性能，缓冲字符输出流BufferedWriter写入文件时，数据会先存入缓冲区，满时或调用flush()方法后才写入文件，减少磁盘操作。 - 转换流：
InputStreamReader（字节流转字符流）、OutputStreamWriter（字符流转字节流），用于指定编码格式处理文本。InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream("example.txt"), "UTF-8");确保文件以UTF-8编码读取。 - 对象流：
ObjectInputStream、ObjectOutputStream，用于实现对象的序列化（将对象转换为字节流）和反序列化（从字节流恢复对象），使用时，对象需实现Serializable接口，标记为可序列化。
异常处理与资源管理
IO操作涉及外部资源（如文件、网络），必须确保资源正确释放，避免泄漏，Java 7引入的try-with-resources语句是最佳实践：它自动实现了AutoCloseable接口的资源（如流对象），在代码块执行完毕后自动调用close()方法，即使发生异常也能保证资源释放。
以下代码使用try-with-resources安全关闭多个流：
try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt");
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt");
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fos)) {
byte[] buffer = new byte[1024];
int bytesRead;
while ((bytesRead = bis.read(buffer)) != -1) {
bos.write(buffer, 0, bytesRead);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
上述代码中，四个流对象都会在try块结束后自动关闭，无需手动调用close()，且关闭顺序与声明顺序相反（确保依赖关系正确）。
常用场景实践示例
文件复制（字节流+缓冲流）
复制二进制文件（如图片、视频）需使用字节流，结合缓冲流提高效率：
try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("source.jpg"));
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("target.jpg"))) {
byte[] buffer = new byte[8192]; // 8KB缓冲区
int len;
while ((len = bis.read(buffer)) != -1) {
bos.write(buffer, 0, len);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
文本文件读写（字符流+缓冲流）
读写文本文件时，使用字符流避免编码问题，缓冲流提升性能：
// 写入文件
try (BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("output.txt"))) {
bw.write("Hello, Java IO!");
bw.newLine(); // 写入换行符（跨平台）
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
// 读取文件
try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("output.txt"))) {
String line;
while ((line = br.readLine()) != null) {
System.out.println(line);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
Java IO的进阶与扩展
随着Java版本迭代，IO体系也在不断完善，Java NIO（New IO）作为传统IO的补充，提供了非阻塞IO、缓冲区（Buffer）和通道（Channel）等特性，适合高并发场景（如网络服务器），传统IO是阻塞式的，每个IO操作都会阻塞线程，而NIO允许线程在等待数据时执行其他任务，提升资源利用率。
在实际开发中，若处理文件或简单IO操作，传统IO（如BufferedReader、FileInputStream）足够高效且代码简洁；若构建高性能网络服务，则可考虑NIO（如Selector、FileChannel）。
Java IO是程序与外部数据交互的基础，理解流的概念、分类及使用场景是掌握Java IO的关键，字节流适合二进制数据，字符流适合文本数据；节点流直接连接数据源，处理流增强功能；异常处理和资源管理是IO操作的安全保障，通过合理选择流类并结合try-with-resources，可以高效、安全地完成各种IO任务，随着需求复杂度提升，还可进一步学习Java NIO,为高并发场景提供解决方案。
