Java 字节流与字符流

核心概念

在Java I/O体系中，流（Stream）是数据传输的抽象。根据处理数据单位的不同，它们被分为两大类：

1. 字节流：用于处理二进制数据，以字节（8位）为基本单位。

2. 字符流：用于处理文本数据，以字符（16位Unicode）为基本单位。

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1. 字节流

• 核心抽象类：InputStream 和 OutputStream。

• 处理单位：字节（byte，8位）。

• 用途：可以用来处理任何类型的数据，因为所有文件（图片、视频、可执行程序、文本文件等）在底层都是以字节形式存储的。

• 特点：

  • 原始数据：它不关心数据的含义，只是原样读取和写入字节。

  • 通用性强：万能工具，什么都能处理。

  • 处理文本可能出错：如果用它来读取文本（尤其是包含多字节字符的，如中文），可能会因为编码问题导致乱码。

常见子类举例：

• FileInputStream / FileOutputStream：用于读写文件。

• ByteArrayInputStream / ByteArrayOutputStream：用于在内存中读写数据。

• BufferedInputStream / BufferedOutputStream：提供缓冲功能，提高读写效率。

简单示例（读取一个文件的所有字节）：

try (FileInputStream fis = new FileInputStream("image.jpg")) {
    int byteData;
    while ((byteData = fis.read()) != -1) {
        // 处理每一个字节 byteData
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

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2. 字符流

• 核心抽象类：Reader 和 Writer。

• 处理单位：字符（char，16位）。

• 用途：专门为处理文本数据而设计。它能自动处理字符编码（如UTF-8, GBK等），确保正确地将字节序列转换为字符，反之亦然。

• 特点：

  • 高层抽象：它理解“字符”的概念，屏蔽了底层字节编码的复杂性。

  • 自动编码转换：在读取时，它将字节根据指定的字符集解码成字符；在写入时，它将字符编码成字节。默认使用系统的字符编码，但可以指定。

  • 处理文本更方便、安全：是处理纯文本文件的首选。

常见子类举例：

• InputStreamReader / OutputStreamWriter：桥梁作用，可以将字节流转换为字符流，并指定字符集。

• FileReader / FileWriter：用于读写文本文件（是InputStreamReader和FileInputStream的组合的便捷类）。

• BufferedReader / BufferedWriter：提供缓冲功能，并且BufferedReader有readLine()方法，可以方便地按行读取。

简单示例（按行读取一个文本文件）：

try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("text.txt"))) {
    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) {
        // 处理每一行文本 line
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

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核心区别与联系

特性	字节流	字符流
基本单位	字节（8位）	字符（16位Unicode）
处理数据类型	所有二进制数据（如图片、音频、视频等）	文本数据
核心抽象类	InputStream, OutputStream	Reader, Writer
是否处理编码	否，直接操作字节	是，依赖字符编码进行转换
性能	处理非文本数据效率高	处理文本数据效率高且安全
关系	底层基础	基于字节流构建，通过InputStreamReader/OutputStreamWriter进行转换

如何选择？

1. 处理非文本文件（如图片、压缩包、PDF）：使用字节流。

2. 处理文本文件（如.txt, .java, .html）：优先使用字符流，特别是BufferedReader和BufferedWriter，因为它们能避免乱码问题，并且提供了更方便的API（如readLine）。