一、文件流基础概念

文件流是Java程序中处理文件输入输出的核心机制，就像水管的流水一样，数据在程序与文件之间形成流动通道。根据水流方向分为输入流（文件→内存）和输出流（内存→文件），按数据类型则分为字节流（处理图片/视频等二进制文件）和字符流（处理txt等文本文件）。

A[Java文件流] --> B[按流向] 
A --> C[按数据类型] 
B --> B1[输入流 InputStream] 
B --> B2[输出流 OutputStream] 
C --> C1[字节流-处理二进制] 
C --> C2[字符流-处理文本]

1.2 基础操作四步法

1. 定位文件：File file = new File("data.txt");
2. 选择通道：根据需求选择流类型（字节/字符）
3. 建立连接：FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
4. 资源回收：务必在finally块或使用try-with-resources关闭流

二、四大核心流类型深度解析

2.1 字节流（原始数据传输）

典型场景：图片文件复制

try (FileInputStream fis = new FileInputStream("photo.jpg"); 
     FileOutputStream fos = new FileOutputStream("copy.jpg"))  {
    
    byte[] buffer = new byte[1024];
    int bytesRead;
    while ((bytesRead = fis.read(buffer))  != -1) {
        fos.write(buffer,  0, bytesRead);
    }
} // 自动关闭资源 

技术要点：

• 每次读取1KB数据块（缓冲区大小影响性能）
• 适合处理任何文件类型 [1]
• 必须处理IOException

2.2 字符流（文本处理专家）

最佳实践：配置文件读取

try (FileReader fr = new FileReader("config.cfg"); 
     BufferedReader br = new BufferedReader(fr)) {
    
    String line;
    while ((line = br.readLine())  != null) {
        System.out.println(" 读取配置项: " + line);
    }
} // 自动处理编码转换 

优势对比：

2.3 缓冲流（性能加速器）

// 大文件处理对比（1GB文件）
long start = System.currentTimeMillis(); 
try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("big.zip")); 
     BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("backup.zip")))  {
    
    byte[] buf = new byte[8192];  // 8KB缓冲区 
    int len;
    while ((len = bis.read(buf))  != -1) {
        bos.write(buf,  0, len);
    }
}
long end = System.currentTimeMillis(); 
System.out.println(" 耗时：" + (end - start) + "ms");  // 平均提升60%性能 

缓冲区选择建议：

• 4KB~8KB：通用最佳值
• 16KB以上：内存充足时适用
• <1KB：不推荐（失去缓冲意义）[4]

2.4 对象流（数据持久化）

class User implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    String name;
    transient String password; // 敏感字段不序列化 
}
 
// 对象写入 
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(
        new FileOutputStream("user.dat")))  {
    oos.writeObject(new  User("Alice", "qwerty"));
}
 
// 对象读取 
try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(
        new FileInputStream("user.dat")))  {
    User user = (User) ois.readObject(); 
    System.out.println(user.name);   // 输出Alice 
    System.out.println(user.password);  // 输出null（transient字段）
}

注意事项：

• 必须实现Serializable接口
• 使用transient跳过敏感字段
• 注意版本控制（serialVersionUID）

三、实战进阶场景

3.1 实时日志系统（带自动分割）

class Logger {
    private static final SimpleDateFormat sdf = 
        new SimpleDateFormat("yyyyMMdd");
    
    static void log(String message) {
        String filename = "app_" + sdf.format(new  Date()) + ".log";
        try (FileWriter fw = new FileWriter(filename, true);
             BufferedWriter bw = new BufferedWriter(fw)) {
            
            bw.write(LocalDateTime.now()  + " - " + message);
            bw.newLine(); 
        } catch (IOException e) {
            System.err.println(" 日志写入失败: " + e.getMessage()); 
        }
    }
}

3.2 安全文件加密传输

try (FileInputStream fis = new FileInputStream("original.zip"); 
     FileOutputStream fos = new FileOutputStream("encrypted.zip"); 
     CipherOutputStream cos = new CipherOutputStream(fos, getCipher())) {
    
    byte[] buffer = new byte[4096];
    int bytesRead;
    while ((bytesRead = fis.read(buffer))  != -1) {
        cos.write(buffer,  0, bytesRead);
    }
}
 
private static Cipher getCipher() throws GeneralSecurityException {
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding"); 
    SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(keyBytes, "AES");
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,  key);
    return cipher;
}

四、性能优化与避坑指南

4.1 资源管理黄金法则

// 错误示例：未关闭流 
FileInputStream fis = new FileInputStream("data.txt"); 
int data = fis.read(); 
 
// 正确姿势：try-with-resources 
try (InputStream is = new FileInputStream("data.txt"))  {
    // 使用资源 
} // 自动调用close()

4.2 编码问题解决方案

4.3 高性能IO方案对比

五、扩展知识图谱

A[Java文件流] --> B[传统IO]
A --> C[NIO]
B --> B1[字节流]
B --> B2[字符流]
C --> C1[FileChannel]
C --> C2[Memory-Mapped Files]
C --> C3[Selector机制]

学习路线建议：

1. 掌握基础流操作（2周）
2. 熟悉缓冲机制（1周）
3. 研究NIO特性（3周）
4. 实战项目应用（持续）

本文档持续更新于：2025-02-10
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