可能是最漂亮的Java I/O流详解

点赞再看，Java进阶一大半

我在国外stackoverflow看到13年前的这么一个问题：如何使用 Java 逐行读取大型文本文件。大家有什么思路吗？评论区一起讨论讨论。

I need to read a large text file of around 5-6 GB line by line using Java.

我需要使用 Java 逐行读取大约 5-6 GB 的大型文本文件。

How can I do this quickly?

我怎样才能快速完成此操作？

最高赞的回答是名为Peter Lawrey的老哥回答的。

在这里插入图片描述

大家好，我是南哥。

一个Java学习与进阶的领路人，今天指南的是Java I/O流，跟着南哥我们一起在Java之路上成长。

本文收录在我开源的《Java学习进阶指南》中，涵盖了想要学习Java、成为更好的Java选手都在偷偷看的核心知识、面试重点。相信能帮助到大家在Java成长路上不迷茫，南哥希望收到大家的 ⭐ Star ⭐支持，这是我创作的最大动力。GitHub地址：https://github.com/hdgaadd/JavaProGuide。

1. Java I/O的理解

Java I/O有两个参与对象，一个是I/O源端，一个是想要和I/O源端通信的各种接收端，比如程序控制IDEA控制台输出、读取文件A写入文件B等，我们程序要保证的就是IO流的顺利读取和顺利写入。JDK把对Java IO的支持都放在了package java.io包下，南哥数了数，一个有86个类和接口。

我们看下package java.io包最常用的Reader和Writer接口，他们的作者都是Mark Reinhold。这位老哥是谁？他是Oracle Java平台组的首席架构师，也是字符流读取器和写入器的首席工程师。这么有来头，看来Java I/O的程序设计不简单，我们可以从中学到不少好用的东西。

/** 
 * @author      Mark Reinhold
 * @since       JDK1.1
 */
public abstract class Reader implements Readable, Closeable { }
public abstract class Writer implements Appendable, Closeable, Flushable { }

2. 输入流

2.1 字节输入流抽象基类

我们先讲输入流，后面再讲下输出流。输入流又分为字节流和字符流，顾名思义，字节流按字节来读取，操作的数据单元是8位的字节；而字符流按字符来读取，操作的数据单元是16位的字符。

读取字节的抽象基类是InputStream，这个基类提供了3个方法给我们来读取字节流。

（1）从输入流读取下一个数据字节，值字节以0到255范围内的int返回。

public abstract int read() throws IOException

（2）从输入流读取一定数量的字节并将它们存储到缓冲区数组b中。

public int read(byte b[]) throws IOException

（3）从输入流读取最多len个字节的数据到字节数组中。

public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException

大家注意以上方法的返回参数都是int类型，当正常读取时，int返回的是读取的字节个数；而当int返回-1，就表明输入流到达了末尾。

2.2 字节输入流读取

上文的是抽象的接口，本身并不具备实际的功能。真正能够读取文件的是InputStream抽象基类的子类实现，例如文件流FileInputStream，有了他，我们读取音频、视频、gif等等都不是问题。

// 文件流读取文件
FileInputStream stream = new FileInputStream(SOURCE_PATH);

我们还可以在外面加一层缓存字节流来提高读取效率，在外层套上BufferedInputStream对象，为什么可以提高读取效率我下文会讲到。

BufferedInputStream stream = new BufferedInputStream(new FileInputStream(SOURCE_PATH));

以上通过字节流我们是以n个字节来读取的，如果要用readLine()读取某一行这种场景下就不适用了。我们可以把缓存字节流换成缓存字符流来承接，使用InputStreamReader转换流把字节输入流转换成字符输入流。

如下代码所示。

BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(SOURCE_PATH)));

2.3 提高读取效率

为什么加一层缓存流就能提高读取效率？因为直接使用 FileInputStream 读取文件的话，每次调用 read() 都是从磁盘读取一个字节，而每次读取都是一次系统调用。系统调用是操作系统层面的调用，涉及到用户空间和内核空间之间的上下文切换，这些切换的成本是很昂贵的。

而如果使用缓存流，一次性从文件里读取多个字节到缓存中，减少系统调用同时也减少了磁盘读取，读取的效率明显提高了。

除了Java I/O采用缓存流来提高读取效率，大多应用程序也采用缓存来提升程序性能，例如我们后端在业务开发会使用Redis缓存来减少数据库压力。关于为什么使用缓存来提高应用程序效率，大家也可以看看国外Quora的回答，解释得很详细。

2.4 字符输入流

字符输入流的抽象基类是Reader，同样是提供了3个方法来支持字符流读取。

（1）读取单个字符。

public int read() throws IOException

（2）将字符读入数组。

public int read(char cbuf[]) throws IOException

（3）将字符读入数组的一部分。

abstract public int read(char cbuf[], int off, int len) throws IOException

字符流读取的实例是FileReader，同样可以使用缓存字符流提高读取效率。

BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(new File(SOURCE_PATH)));

我们来具体实操下，读取C:\\Users\\Desktop\\JavaProGuide\\read下的所有文件，把他们合并在一起，写入到C:\\Users\\Desktop\\JavaProGuide\\write下的PRODUCT.txt文件中。

public class Client {

    private static final String PATH = "C:\\Users\\Desktop\\JavaProGuide\\read";

    private static final String FILE_OUT = "C:\\Users\\Desktop\\JavaProGuide\\write\\PRODUCT.txt";

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        File file = new File(PATH);
        File[] files = file.listFiles();

        BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter(FILE_OUT));

        for (File curFile : files) {
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(curFile));
            String line;
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                writer.write(line);
                writer.newLine();
            }
            reader.close();
        }

        writer.close();
    }

}

3. 输出流

3.1 输出流

字节输出流的抽象基类是OutputStream，字符输出流的抽象基类是Writer。他们分别提供了以下方法。

字节输出流OutputStream：

（1）将指定字节写入此输出流。

public abstract void write(int b) throws IOException

（2）将指定字节数组中的b.length字节写入此输出流。

public void write(byte b[]) throws IOException 

（3）将指定字节数组中从偏移量off开始的len个字节写入此输出流。

public void write(byte b[], int off, int len) throws IOException

字符输出流Writer：

（1）写入单个字符。

public void write(int c) throws IOException

（2）写入字符数组。

public void write(char cbuf[]) throws IOException

（3）写入字符数组的一部分。

abstract public void write(char cbuf[], int off, int len) throws IOException

另外字符输出流是使用字符来操作数据，所以可以用字符串来代替字符数组，JDK还支持以下入参是字符串的方法。

（1）写入一个字符串。

public void write(String str) throws IOException

（2）写入字符串的一部分。

public void write(String str, int off, int len) throws IOException

4. 字节流和字符流区别

字节流和字符流的区别主要是三个方面。

• 基本单位不同。字节流以字节（8位二进制数）为基本单位来处理数据，字符流以字符为单位处理数据。
• 使用场景不同。字节流操作可以所有类型的数据，包括文本数据，和非文本数据如图片、音频等；而字符流只适用于处理文本数据。
• 关于性能方面。因为字节流不处理字符编码，所以处理大量文本数据时可能不如字符流高效；而字符流使用到内存缓冲区处理文本数据可以优化读写操作。

戳这，《JavaProGuide》作为一份涵盖Java程序员所需掌握核心知识、面试重点的Java学习进阶指南。

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