Java 读写文件：从基础到最佳实践

简介

在 Java 编程中，文件的读取和写入是一项至关重要的操作。无论是处理配置文件、日志记录，还是进行数据持久化，都离不开文件读写功能。本文将全面介绍 Java 中文件读写的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践，帮助读者掌握这一核心技能。

基础概念

文件系统抽象

Java 通过 java.io.File 类来抽象文件和目录。File 类提供了许多方法来操作文件和目录，如创建、删除、重命名等。

输入输出流

Java 中的输入输出操作基于流（Stream）的概念。流是一种有序的数据序列，分为输入流（InputStream）和输出流（OutputStream）。输入流用于从源（如文件）读取数据，输出流用于向目标（如文件）写入数据。

字符流和字节流

字节流：InputStream 和 OutputStream 是字节流的抽象基类，用于处理二进制数据。例如，FileInputStream 和 FileOutputStream 用于文件的字节级读写。
字符流：Reader 和 Writer 是字符流的抽象基类，用于处理字符数据。字符流在处理文本文件时更为方便，因为它们自动处理字符编码转换。例如，FileReader 和 FileWriter 用于文件的字符级读写。

使用方法

读取文件

字节流读取

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;

public class ByteStreamReader {
    public static void main(String[] args) {
        try (InputStream inputStream = new FileInputStream("example.txt")) {
            int data;
            while ((data = inputStream.read()) != -1) {
                System.out.print((char) data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在上述代码中，FileInputStream 用于读取文件的字节数据。read() 方法每次读取一个字节，返回值为读取的字节数据，如果到达文件末尾则返回 -1。

字符流读取

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class CharacterStreamReader {
    public static void main(String[] args) {
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("example.txt"))) {
            String line;
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

这里使用 BufferedReader 和 FileReader 来读取文本文件。BufferedReader 提供了 readLine() 方法，每次读取一行文本，直到文件末尾返回 null。

写入文件

字节流写入

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;

public class ByteStreamWriter {
    public static void main(String[] args) {
        String content = "This is some sample content.";
        try (OutputStream outputStream = new FileOutputStream("output.txt")) {
            byte[] data = content.getBytes();
            outputStream.write(data);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在这个例子中，FileOutputStream 用于将字节数据写入文件。通过 getBytes() 方法将字符串转换为字节数组，然后使用 write() 方法写入文件。

字符流写入

import java.io.BufferedWriter;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;

public class CharacterStreamWriter {
    public static void main(String[] args) {
        String content = "This is some sample content.";
        try (BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter("output.txt"))) {
            writer.write(content);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

使用 BufferedWriter 和 FileWriter 进行字符级写入。write() 方法直接将字符串写入文件。

常见实践

处理文本文件

文本文件处理是日常开发中常见的任务。可以使用 Scanner 类来更方便地读取文本文件，特别是在需要解析文本格式数据时。

import java.io.File;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.util.Scanner;

public class TextFileProcessor {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            File file = new File("example.txt");
            Scanner scanner = new Scanner(file);
            while (scanner.hasNextLine()) {
                String line = scanner.nextLine();
                // 处理每一行数据
                System.out.println(line);
            }
            scanner.close();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

处理二进制文件

在处理二进制文件（如图像、音频等）时，通常使用字节流。以下是一个复制二进制文件的示例：

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;

public class BinaryFileCopier {
    public static void main(String[] args) {
        try (InputStream inputStream = new FileInputStream("source.jpg");
             OutputStream outputStream = new FileOutputStream("destination.jpg")) {
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int length;
            while ((length = inputStream.read(buffer)) != -1) {
                outputStream.write(buffer, 0, length);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

最佳实践

异常处理

在进行文件读写操作时，必须妥善处理可能出现的异常。例如，文件不存在、权限不足等问题都可能导致 IOException。使用 try - catch 块或 try - with - resources 语句来捕获和处理异常，确保程序的健壮性。

资源管理

使用 try - with - resources 语句可以自动关闭实现了 AutoCloseable 接口的资源，如 InputStream、OutputStream、Reader 和 Writer 等。这样可以避免资源泄漏，确保程序的资源使用是安全的。

性能优化

缓冲：使用带缓冲的流（如 BufferedInputStream、BufferedOutputStream、BufferedReader 和 BufferedWriter）可以提高读写性能，减少磁盘 I/O 次数。
批量读写：尽量使用批量读写方法，如 read(byte[] buffer) 和 write(byte[] buffer, int offset, int length)，以减少系统调用次数。

小结

本文全面介绍了 Java 中文件读写的相关知识，包括基础概念、使用方法、常见实践和最佳实践。通过掌握这些内容，读者能够在 Java 编程中熟练地进行文件读写操作，提高程序的功能性和性能。