Java BufferedStream 详解

简介

在 Java 的输入输出（I/O）操作中，BufferedStream 是非常重要的一部分。它提供了缓冲机制，能够显著提升数据读写的性能。通过在内存中设置缓冲区，减少了与底层数据源（如文件、网络套接字等）的直接交互次数，从而提高了整个 I/O 操作的效率。本文将深入探讨 BufferedStream 的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践。

基础概念

BufferedStream 实际上是 BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream 的统称。

BufferedInputStream

BufferedInputStream 是一个装饰器流（Decorator Stream），它为另一个输入流添加了缓冲功能。它内部维护了一个缓冲区数组，当从输入流读取数据时，会一次性将一定量的数据读入缓冲区，后续的读取操作先从缓冲区获取数据，只有当缓冲区耗尽时，才会再次从底层输入流读取数据。

BufferedOutputStream

BufferedOutputStream 同样是一个装饰器流，用于为输出流提供缓冲功能。它将数据写入内部缓冲区，当缓冲区满或者调用 flush() 方法时，才会将缓冲区中的数据一次性写入到底层输出流。

使用方法

写入数据

下面是使用 BufferedOutputStream 写入数据的示例代码：

import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class BufferedOutputStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        String data = "这是要写入文件的数据";
        try (BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("output.txt"))) {
            byte[] byteArray = data.getBytes();
            bos.write(byteArray);
            bos.flush();
            System.out.println("数据已成功写入文件");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在上述代码中： 1. 创建了一个 BufferedOutputStream 对象，并将其与一个 FileOutputStream 关联，用于将数据写入名为 output.txt 的文件。 2. 将字符串数据转换为字节数组。 3. 使用 bos.write(byteArray) 方法将字节数组写入缓冲区。 4. 调用 bos.flush() 方法确保缓冲区中的数据被写入文件。

读取数据

下面是使用 BufferedInputStream 读取数据的示例代码：

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class BufferedInputStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("output.txt"))) {
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int bytesRead;
            while ((bytesRead = bis.read(buffer)) != -1) {
                String data = new String(buffer, 0, bytesRead);
                System.out.println(data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在上述代码中： 1. 创建了一个 BufferedInputStream 对象，并将其与一个 FileInputStream 关联，用于从 output.txt 文件读取数据。 2. 创建了一个字节数组 buffer 作为缓冲区。 3. 使用 bis.read(buffer) 方法从输入流读取数据到缓冲区，read 方法返回实际读取的字节数。 4. 通过 while 循环不断读取数据，直到返回值为 -1，表示到达文件末尾。 5. 将读取到的字节数组转换为字符串并打印输出。

常见实践

文件读写

在文件读写场景中，BufferedStream 能极大地提高性能。以下是一个完整的文件复制示例，使用 BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream：

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class FileCopyExample {
    public static void main(String[] args) {
        String sourceFilePath = "source.txt";
        String targetFilePath = "target.txt";

        try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(sourceFilePath));
             BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(targetFilePath))) {
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int bytesRead;
            while ((bytesRead = bis.read(buffer)) != -1) {
                bos.write(buffer, 0, bytesRead);
            }
            bos.flush();
            System.out.println("文件复制成功");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

网络通信

在网络通信中，BufferedStream 也常用于提升数据传输效率。例如，在客户端和服务器之间传输数据时：

客户端代码

import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

public class ClientExample {
    public static void main(String[] args) {
        String serverAddress = "localhost";
        int port = 12345;

        try (Socket socket = new Socket(serverAddress, port);
             BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream())) {
            String data = "这是从客户端发送的数据";
            byte[] byteArray = data.getBytes();
            bos.write(byteArray);
            bos.flush();
            System.out.println("数据已发送到服务器");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

服务器端代码

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class ServerExample {
    public static void main(String[] args) {
        int port = 12345;

        try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
             Socket clientSocket = serverSocket.accept();
             BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(clientSocket.getInputStream())) {
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int bytesRead;
            while ((bytesRead = bis.read(buffer)) != -1) {
                String data = new String(buffer, 0, bytesRead);
                System.out.println("接收到客户端数据: " + data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

最佳实践

缓冲区大小的选择

缓冲区大小的选择对性能有重要影响。一般来说，缓冲区太小会导致频繁的读写操作，而缓冲区太大则会浪费内存。通常，选择 4096 字节（4KB）到 8192 字节（8KB）的缓冲区大小在大多数情况下都能取得较好的性能。例如：

// 使用 8KB 的缓冲区
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("file.txt"), 8 * 1024);
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("output.txt"), 8 * 1024);

资源管理

在使用 BufferedStream 时，一定要注意资源的正确关闭。使用 try-with-resources 语句可以确保流在使用完毕后自动关闭，避免资源泄漏。如前面的示例代码中，都使用了 try-with-resources 来管理 BufferedStream。

小结

BufferedStream 在 Java 的 I/O 操作中扮演着重要角色，通过缓冲机制大大提高了数据读写的性能。本文介绍了 BufferedStream 的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践。希望读者在理解这些内容后，能够在实际项目中更加高效地使用 BufferedStream 进行 I/O 操作。

参考资料

Oracle Java 官方文档 - I/O 流
《Effective Java》（第三版） - Joshua Bloch 著

以上博客全面地介绍了 Java BufferedStream 的相关知识，希望能帮助读者更好地掌握这一重要的 I/O 工具。