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在 Java 中I/O输入输出操作是开发中非常重要的一部分用于与文件、网络和其他数据流交互。Java 提供了传统的 I/O基于流的 I/O和更现代的 NIO非阻塞 I/O两种方式。本文将带你熟悉 Java I/O 的核心类库并重点介绍 NIO 的特点及文件操作相关内容。 一、Java I/O 的基本概念 1.1 流Stream 流Stream是 Java I/O 的核心概念代表了数据传输的路径。在 Java 中流的概念被分为 输入流 和 输出流并且每种流都可以分为字节流和字符流。 输入流Input Stream 从数据源读取数据。输出流Output Stream 向目标写入数据。 字节流与字符流 字节流Byte Stream 以字节为单位进行数据读写。适用于所有类型的I/O操作包括文本、图像、音频等。 InputStream 和 OutputStream 是字节流的根类。常用类FileInputStream, FileOutputStream, BufferedInputStream, BufferedOutputStream。 字符流Character Stream 以字符为单位进行数据读写适用于文本文件的处理。 Reader 和 Writer 是字符流的根类。常用类FileReader, FileWriter, BufferedReader, BufferedWriter。 示例代码字节流和字符流的使用 // 使用字节流读取文件
import java.io.*;public class ByteStreamExample {public static void main(String[] args) throws IOException {FileInputStream inputStream new FileInputStream(example.txt);int byteData;while ((byteData inputStream.read()) ! -1) {System.out.print((char) byteData); // 输出文件内容}inputStream.close();}
}// 使用字符流读取文件
import java.io.*;public class CharStreamExample {public static void main(String[] args) throws IOException {FileReader fileReader new FileReader(example.txt);BufferedReader bufferedReader new BufferedReader(fileReader);String line;while ((line bufferedReader.readLine()) ! null) {System.out.println(line); // 输出文件内容}bufferedReader.close();}
}二、常见的 Java I/O 类库
2.1 文件操作类 File 类 是 Java 早期提供的文件操作类提供了创建、删除文件和目录的功能。 优点操作简单。缺点功能有限不支持高级操作如复制、移动等。
示例代码
import java.io.File;public class FileExample {public static void main(String[] args) {File file new File(example.txt);// 创建文件try {if (file.createNewFile()) {System.out.println(File created: file.getName());} else {System.out.println(File already exists.);}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}// 删除文件if (file.delete()) {System.out.println(Deleted the file: file.getName());}}
}Files 类 Java 7 引入的 NIO 类提供了文件操作的高级接口支持复制、移动、删除等操作。 优点功能丰富支持文件复制、移动、文件权限操作等。常用方法copy(), move(), delete(), exists(), createDirectory() 等。
示例代码使用 Files 类进行文件复制
import java.nio.file.*;public class FilesExample {public static void main(String[] args) {Path source Paths.get(source.txt);Path target Paths.get(target.txt);try {Files.copy(source, target, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);System.out.println(File copied successfully.);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}三、Java NIO 的特点与使用
3.1 什么是 NIO
NIONew I/O是 Java 1.4 引入的一组 API旨在提供比传统 I/O 更高效的操作。它支持基于缓冲区和通道的 I/O 方式能有效提高性能。
传统 I/O 基于流采用阻塞方式即每次只能处理一个连接。NIO 基于缓冲区和通道支持非阻塞操作并且能够处理多个 I/O 操作。
3.2 NIO 的核心组件
通道Channel NIO 中的通道类似于传统 I/O 中的流但通道支持双向数据传输。常见的通道类包括 FileChannel用于文件的读取和写入。SocketChannel用于网络的客户端和服务端通信。ServerSocketChannel用于创建服务端套接字通道。 缓冲区Buffer NIO 中的数据读写都通过缓冲区进行避免了流的每次读取。常见的缓冲区包括 ByteBuffer用于字节数据的处理。CharBuffer用于字符数据的处理。 选择器Selector 选择器允许单个线程同时监控多个通道的 I/O 操作。常用于网络 I/O。 3.3 NIO 文件操作示例
示例使用 FileChannel 和 ByteBuffer 读写文件
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;public class FileChannelExample {public static void main(String[] args) {try (RandomAccessFile file new RandomAccessFile(example.txt, rw);FileChannel channel file.getChannel()) {// 写数据到文件ByteBuffer buffer ByteBuffer.allocate(48);buffer.put(Hello NIO!.getBytes());buffer.flip();channel.write(buffer);// 读数据从文件buffer.clear();channel.read(buffer);buffer.flip();while (buffer.hasRemaining()) {System.out.print((char) buffer.get());}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}3.4 非阻塞 I/O 示例
示例使用 Selector 实现多路复用
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;public class NIONonBlockingExample {public static void main(String[] args) throws IOException {Selector selector Selector.open();ServerSocketChannel serverChannel ServerSocketChannel.open();serverChannel.configureBlocking(false);serverChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);while (true) {selector.select();IteratorSelectionKey keys selector.selectedKeys().iterator();while (keys.hasNext()) {SelectionKey key keys.next();keys.remove();if (key.isAcceptable()) {SocketChannel client serverChannel.accept();client.configureBlocking(false);client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);} else if (key.isReadable()) {SocketChannel client (SocketChannel) key.channel();ByteBuffer buffer ByteBuffer.allocate(256);client.read(buffer);System.out.println(Received: new String(buffer.array()).trim());}}}}
}四、传统 I/O 与 NIO 的对比
特性传统 I/ONIO数据处理方式基于流基于缓冲区阻塞模式阻塞 I/O非阻塞 I/O 和多路复用线程模型每连接一个线程单线程处理多个连接性能相对较低适合小型系统高性能适合高并发场景使用复杂度简单易用需要理解更多底层概念适用场景文件操作、小规模 I/O高并发网络、文件大数据处理 五、总结 通过本文你了解了 Java I/O 的基础概念、常见类库及其用法并深入探讨了 NIO 的核心特点与实际应用。在实际开发中 传统 I/O 适用于小规模、简单的 I/O 场景使用简单直观。NIO 更适合处理大规模、高并发的 I/O 场景如高性能的网络服务器和大文件的异步处理。 希望通过本文的学习你可以更好地理解和选择适合的 I/O 模型以提升 Java 开发中的性能和效率
