Java I/O 详解：基础、文件操作与 NIO 实践

Java I/O (输入输出) 是指用于读取和写入数据的 API，包括从文件、网络和其他数据源进行读取和写入操作。Java 提供了丰富的类和接口来实现各种 I/O 操作，主要包括标准 I/O、文件 I/O 和新 I/O (NIO)。以下是 Java I/O 的详细介绍：

一、基本 I/O

1. 字节流 (Byte Streams)

字节流用于处理原始二进制数据，通常用于处理图片、音频、视频等二进制文件。

输入流 (InputStream)：
- FileInputStream: 从文件中读取字节流。
- ByteArrayInputStream: 从字节数组中读取数据。
- BufferedInputStream: 为其他输入流添加缓冲功能。
输出流 (OutputStream)：
- FileOutputStream: 将字节流写入文件。
- ByteArrayOutputStream: 将数据写入字节数组。
- BufferedOutputStream: 为其他输出流添加缓冲功能。

2. 字符流 (Character Streams)

字符流用于处理文本数据，字符流以 16 位 Unicode 字符为单位处理数据。

输入流 (Reader)：
- FileReader: 从文件中读取字符流。
- StringReader: 从字符串中读取字符数据。
- BufferedReader: 为其他字符输入流添加缓冲功能，并提供按行读取的功能。
输出流 (Writer)：
- FileWriter: 将字符流写入文件。
- StringWriter: 将字符数据写入字符串。
- BufferedWriter: 为其他字符输出流添加缓冲功能。

二、文件 I/O

Java 提供了 File 类用于表示文件和目录，提供了多种方法来操作文件和目录。

File 类常用方法：
- createNewFile(): 创建一个新的文件。
- mkdir(), mkdirs(): 创建一个或多个目录。
- delete(): 删除文件或目录。
- list(), listFiles(): 列出目录中的文件和子目录。

三、新 I/O (NIO)

NIO (New I/O) 引入了一些高效的 I/O 操作方式，包括缓冲区 (Buffers)、通道 (Channels) 和选择器 (Selectors)。

1. 缓冲区 (Buffers)

缓冲区是一个容器对象，用于特定基本数据类型的元素的线性、有限序列。NIO 缓冲区比传统 I/O 更加高效。

常用缓冲区类型：
- ByteBuffer: 存储字节数据。
- CharBuffer: 存储字符数据。
- IntBuffer, LongBuffer, DoubleBuffer 等其他基本类型的缓冲区。

2. 通道 (Channels)

通道是用于 I/O 操作的对象，它能够读写数据，但不直接操作数据，而是通过缓冲区来进行操作。

常用通道类型：
- FileChannel: 用于文件的读写操作。
- SocketChannel: 用于 TCP 网络连接的读写操作。
- DatagramChannel: 用于 UDP 网络连接的读写操作。

3. 选择器 (Selectors)

选择器允许一个线程管理多个通道的 I/O 操作。通过使用选择器，可以在一个单独的线程中管理多个通道，从而提高了效率。

常用方法：
- select(): 阻塞直到至少有一个通道准备好了 I/O 操作。
- selectNow(): 非阻塞地进行选择操作。
- selectedKeys(): 返回准备好的通道的键集合。

四、文件操作示例

1. 使用 File 类

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import javaion">.ioion">.IOExceptionion">;public class FileExample ion">{public static void ion">mainion">(Stringion">[ion">] argsion">) ion">{File file = new Fileion">("example.txt"ion">)ion">;// 创建文件try ion">{if ion">(fileion">.ion">createNewFileion">(ion">)ion">) ion">{Systemion">.oution">.ion">printlnion">("File created: " + fileion">.ion">getNameion">(ion">)ion">)ion">;ion">} else ion">{Systemion">.oution">.ion">printlnion">("File already exists."ion">)ion">;ion">}ion">} catch ion">(IOException eion">) ion">{eion">.ion">printStackTraceion">(ion">)ion">;ion">}// 检查文件是否存在if ion">(fileion">.ion">existsion">(ion">)ion">) ion">{Systemion">.oution">.ion">printlnion">("File exists."ion">)ion">;// 获取文件信息Systemion">.oution">.ion">printlnion">("File name: " + fileion">.ion">getNameion">(ion">)ion">)ion">;Systemion">.oution">.ion">printlnion">("Absolute path: " + fileion">.ion">getAbsolutePathion">(ion">)ion">)ion">;Systemion">.oution">.ion">printlnion">("Writeable: " + fileion">.ion">canWriteion">(ion">)ion">)ion">;Systemion">.oution">.ion">printlnion">("Readable: " + fileion">.ion">canReadion">(ion">)ion">)ion">;Systemion">.oution">.ion">printlnion">("File size in bytes: " + fileion">.ion">lengthion">(ion">)ion">)ion">;ion">}ion">}
ion">}

2. 使用字节流进行文件复制

java">import javaion">.ioion">.FileInputStreamion">;
import javaion">.ioion">.FileOutputStreamion">;
import javaion">.ioion">.IOExceptionion">;public class FileCopyExample ion">{public static void ion">mainion">(Stringion">[ion">] argsion">) ion">{try ion">(FileInputStream fis = new FileInputStreamion">("source.txt"ion">)ion">;FileOutputStream fos = new FileOutputStreamion">("destination.txt"ion">)ion">) ion">{int byteContention">;while ion">(ion">(byteContent = fision">.ion">readion">(ion">)ion">) != -1ion">) ion">{fosion">.ion">writeion">(byteContention">)ion">;ion">}ion">} catch ion">(IOException eion">) ion">{eion">.ion">printStackTraceion">(ion">)ion">;ion">}ion">}
ion">}

3. 使用字符流读写文件

java">import javaion">.ioion">.BufferedReaderion">;
import javaion">.ioion">.FileReaderion">;
import javaion">.ioion">.FileWriterion">;
import javaion">.ioion">.IOExceptionion">;public class FileReadWriteExample ion">{public static void ion">mainion">(Stringion">[ion">] argsion">) ion">{// 写入文件try ion">(FileWriter writer = new FileWriterion">("example.txt"ion">)ion">) ion">{writerion">.ion">writeion">("Hello, World!\n"ion">)ion">;writerion">.ion">writeion">("Java I/O example."ion">)ion">;ion">} catch ion">(IOException eion">) ion">{eion">.ion">printStackTraceion">(ion">)ion">;ion">}// 读取文件try ion">(BufferedReader reader = new BufferedReaderion">(new FileReaderion">("example.txt"ion">)ion">)ion">) ion">{String lineion">;while ion">(ion">(line = readerion">.ion">readLineion">(ion">)ion">) != nullion">) ion">{Systemion">.oution">.ion">printlnion">(lineion">)ion">;ion">}ion">} catch ion">(IOException eion">) ion">{eion">.ion">printStackTraceion">(ion">)ion">;ion">}ion">}
ion">}

4. 使用 NIO 进行文件复制

java">import javaion">.ioion">.IOExceptionion">;
import javaion">.io>nioion">.fileion">.Filesion">;
import javaion">.io>nioion">.fileion">.Pathion">;
import javaion">.io>nioion">.fileion">.Pathsion">;public class NIOFileCopyExample ion">{public static void ion">mainion">(Stringion">[ion">] argsion">) ion">{Path sourcePath = Pathsion">.ion">getion">("source.txt"ion">)ion">;Path destinationPath = Pathsion">.ion">getion">("destination.txt"ion">)ion">;try ion">{Filesion">.ion">copyion">(sourcePathion">, destinationPathion">)ion">;ion">} catch ion">(IOException eion">) ion">{eion">.ion">printStackTraceion">(ion">)ion">;ion">}ion">}
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