Java文件流完全指南：掌握IO/NIO实现高效文件读写

在Java编程中，文件流(File Stream)是处理文件输入输出的核心机制。本文将从基础到高级，全面解析Java文件流的使用技巧、性能优化和最佳实践。

一、Java文件流基础概念

文件流本质上是字节序列的传输通道，Java通过java.io包提供了丰富的流类库。主要分为：

1. 字节流：InputStream/OutputStream体系
2. FileInputStream/FileOutputStream：基础文件字节流

3. BufferedInputStream/BufferedOutputStream：带缓冲的包装流

4. 字符流：Reader/Writer体系

5. FileReader/FileWriter：便捷的字符文件流
6. BufferedReader/BufferedWriter：带缓冲的字符流

二、基础文件流操作实战

1. 字节流文件复制示例

try (InputStream in = new FileInputStream("source.txt");
     OutputStream out = new FileOutputStream("target.txt")) {
    byte[] buffer = new byte[1024];
    int bytesRead;
    while ((bytesRead = in.read(buffer)) != -1) {
        out.write(buffer, 0, bytesRead);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

2. 字符流处理文本文件

try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("text.txt"));
     BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter("output.txt"))) {
    String line;
    while ((line = reader.readLine()) != null) {
        writer.write(line.toUpperCase());
        writer.newLine();
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

三、NIO文件通道：高性能替代方案

Java NIO(New IO)提供了更高效的文件处理方式：

1. FileChannel：文件通道，支持内存映射文件
2. ByteBuffer：高效的字节缓冲区

内存映射文件示例

try (RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("largefile.dat", "rw");
     FileChannel channel = file.getChannel()) {
    MappedByteBuffer buffer = channel.map(
        FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, channel.size());
    // 直接操作内存映射区域
    buffer.putInt(0, 12345);
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

四、性能对比与优化建议

1. 基准测试数据（处理1GB文件）：
2. 基础FileInputStream：约4500ms
3. 缓冲流：约1200ms
4. NIO FileChannel：约800ms

5. 内存映射：约400ms

6. 优化建议：

   

7. 小文件优先使用缓冲流
8. 大文件考虑NIO通道
9. 随机访问使用内存映射
10. 注意资源释放（使用try-with-resources）

五、常见问题与解决方案

1. 中文乱码问题：
2. 明确指定字符编码（UTF-8/GBK）

3. 使用InputStreamReader包装时指定Charset

4. 文件锁定问题：

5. 使用FileChannel.lock()实现文件锁

6. 注意锁的粒度和释放时机

7. 大文件处理OOM：

8. 避免一次性读取全部内容
9. 采用分块处理机制

六、Java 7+新特性

1. Files工具类：
   java byte[] bytes = Files.readAllBytes(Paths.get("file.txt")); List<String> lines = Files.readAllLines(Paths.get("text.txt"));

2. try-with-resources语法：
   自动资源管理，避免忘记关闭流

3. NIO.2文件系统API：
   提供更现代的文件操作接口