Java: I/O（1/3）字节流与字符流的纵向与横向比较

摘要: java.io包中大部分内容属于字节流和字符流，涵盖了相当多的类。面对这些类，如果不进行有效的总结，即使有一定经验的Java developer也一样会感到（相当）混乱。本文将从纵、横两个维度来整理这部分内容。

Summary 总述

java.io包中的类非常繁多，但其实只要归成4类：

InputStream

&

OutputStream

、

Reader

&

Writer

，由于功能和命名上都相当接近，因此只要掌握了其中一种，将会很容易理解其他3种。

横向归类：

InputStream

&

OutputStream

（字节流）、

Reader

&

Writer

（字符流）.

纵向归类：

InputStream

作为父类，其子类的角色和作用，并以此举一反三。

字节流

字节（byte）是计算机中基本数据单位，一切的计算机数据（或“文件”）都是由或多或少的字节组成，因此使用字节流，理论上可以处理一切计算机数据（文件），包括图像、音频、文本等。

然而对于文本数据，由于存在编码问题比较麻烦，所以交由字符流处理。

字符流

1char=2byte，字符（char）的表示范围（2^16）是字节（byte）表示范围（2^8）的2^8=256倍。专门用于处理文本数据。

历史

字节流在Java的初版（jdk 1.0）已经存在，字符流在jdk 1.1中加入，以替代字节流中处理字符的功能。

装饰者模式

私以为，提到Java I/O的话，不能不提装饰者模式。

装饰者模式就是在一个主体（被装饰者）的外部使用装饰类来进行装饰，对主体的行为根据不同的装饰者类进行不同的修改。单个的装饰类自根据自身特点对主体的行为进行部分改进，因此可以组合多个装饰类来对主体进行修改（在代码中表现为多层装饰类的嵌套）。

Java的I/O类设计应用了装饰者模式。单个的流对象主体，例如

InputStream

的直接子类（Direct Subclasses）中，分别面向文件

FileInputStream

、内存

ByteArrayInputStream

、线程

PipedInputStream

，而

InputStream

的另一个直接子类

FileterInputStream

为装饰类（的父类），分别定义了各种具体的装饰类（如

BufferedInputStream

、

DataInputStream

等）。

如图：



从代码的角度来看：

DataInputStream

、

BufferedInputStream

为装饰者，

FileInputStream

为主体（被装饰者）

InputStream in = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(new File(src))));

装饰者模式从抽象的角度来说很容易理解，然而也存在一个很明显的缺点：装饰类过多。因此我们能看到java.io包中那么多的类。如果没有理解装饰者模式，即使有一定经验的Java developer也会感到混乱。

结论

处理非文本数据使用字节流；

处理具体的文本数据使用字符流；

例如对于文件复制这样的操作来说，即使是文本文件的复制，我们对其具体的内容是什么并不关心，因此可以直接使用字节流。但当我们要从一个文本文件中读取内容，我们关心其具体的内容，所以使用字符流。

Description 详细内容

篇幅所限，只列出常用的类，其余部分可参考Java API手册。

继承关系图

字节流的继承关系

OutputStream

OutputStream

ByteArrayOutputSteam：将数据输出到字节数组（byte array）中，也就是内存，不用生成文件；

FileOutputStream：将数据输出到具体的文件；

PipedOutputStream：将数据输出到线程，即通过与PipedInputStream联合使用，将数据在不同的线程之间传递；

FilterOutputStream：装饰类的父类

BufferedOutputStream：使用了缓冲区，调用flush()才会清空缓冲区将数据写入文件。与普通OutputStream相比，由于不用频繁地与文件进行I/O数据传输（内存与磁盘之间，这将消耗大部分性能），而是在每次调用flush()时一次性地将一块数据在内存与磁盘中传输，因此会性能将得到提升（有NIO的影子）；

DataOutputStream：用于方便地传输基础类型的数据，因此除了传统的write()外，还有一堆writeInt()、writeDouble、writeBoolean()等；

PrintStream：InputStream本来是适合用于非文本的二进制文件（如图片、声音文件等），而PrintStream则是在字节流中专门用于打印文本内容；

InputStream

InputStream

ByteArrayInputStream：从内存中读取数据；

FileInputStream：从文件中读取数据；

PipedInputStream：从一个线程中读取数据，从另一个线程中输出(PipedOutputStream)，同一线程下使用者两个对象可能会造成线程死锁；

SequenceInputStream：将两个

InputStream

合并成一个；

FilterInputStream：装饰类的父类；

BufferedInputStream：使用了缓冲区，参考

BufferedOutputStream

；

DataInputStream：方便地读取基本类型的数据，因此除了基础的read()外，还有一堆readChar()、readDouble()、readInt()等；

字符流的继承关系

Writer

BufferedWriter：缓冲区；

CharArrayWriter：面向内存；

PipedWriter：面向线程；

PrintWriter：方便输出，特别是按格式输出printf()；

StringWriter：使用StringBuilder来存放内容；

OutputStreamWriter：用于字符流与字节流之间的转换；

FileWriter：面向文件

FilterWriter：装饰类

Reader

BufferedReader：缓冲区；

CharArrayReader：面向内存；

PipedReader：面向线程；

InputStreamReader：用于字符流与字节流之间的转换；

FileReader：面向文件

FilterReader

Others 其他

本篇作为Java I/O系列之一，只分析了字节流和字符流。其他Java I/O内容如File、RandomAccessFile、System类的I/O支持和重定向、字符编码、文件压缩、对象序列化和Scanner等内容会在（2/3）中发表。

NIO部分打算在（3/3）中发表。