Java 字节流

在 Java 的 IO 体系中，字节流是处理数据的核心工具之一。无论是文本文件、图片还是音频，都可以通过字节流进行读写操作。本文将详细介绍 Java 字节流的基础知识、核心方法、常用实现类以及实战中的注意事项，帮助你更好地理解和使用字节流。

一、字节流概述

字节流是 Java IO 体系中以字节为单位处理数据的流，适用于所有类型的数据（文本、图片、音频等）。字节流的顶级抽象父类是 InputStream 和 OutputStream，分别用于定义数据读取和写出的基本方法。

1.1 字节流的特点

• 字节为单位：字节流以字节为单位处理数据，即使是文本数据也会先转换为字节序列。

• 编码问题：处理汉字等字符时，字节数并不固定，取决于具体的编码方式（如 UTF-8 编码中一个汉字通常占 3 个字节，GBK 编码中通常占 2 个字节）。

二、字节流核心方法

2.1 InputStream（字节输入流）核心方法

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方法	描述	易错点
int read()	读取 1 个字节，返回 0-255 的整数；返回-1表示读取结束（EOF）	忘记判断-1会导致死循环或读取错误数据
int read(byte[] b)	读取字节到数组b中，返回实际读取的字节数（最多b.length）；返回-1表示结束	直接用b转换字符串时，未考虑 "读不满数组" 的情况
int read(byte[] b, int off, int len)	从off位置开始存储，最多读len个字节，返回实际读取数	off越界或len超过数组剩余空间会抛异常
void close()	关闭流，释放资源	忘记关闭会导致资源泄露
long skip(long n)	跳过n个字节，返回实际跳过的字节数	不能保证完全跳过n个字节（如到文件末尾）

2.2 OutputStream（字节输出流）核心方法

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方法	描述	易错点
void write(int b)	写出 1 个字节（只取b的低 8 位）	直接写字符 ASCII 码时，需注意编码匹配
void write(byte[] b)	写出数组b中所有字节	数组为null会抛NullPointerException
void write(byte[] b, int off, int len)	从off开始，写出len个字节	len超过数组长度会抛异常
void close()	关闭流	未关闭可能导致数据未完全写出（缓冲流场景）
void flush()	强制写出缓冲区数据（子类实现）	缓冲流未调用flush可能导致数据滞留缓冲区

2.3 流对象的声明与关闭机制

为了确保资源安全释放，建议将流对象的声明提级并初始化为null，在try块中创建流实例，在finally块中判断流不为null后关闭。这种方式可以避免因流对象未初始化而导致的空指针异常，是显式关闭流以避免资源泄露的安全实践。

FileInputStream fis = null;
try {
    fis = new FileInputStream("D:\\test.txt");
    // 读取数据
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    if (fis != null) {
        try {
            fis.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

三、常用字节流实现类

3.1 文件字节流（节点流）

文件字节流是直接操作文件的字节流，属于节点流（低级流）。

3.1.1 FileInputStream（文件字节输入流）

• 作用：从文件中读取字节数据。

• 构造器：

  • FileInputStream(String path)：通过文件路径创建。

  • FileInputStream(File file)：通过File对象创建。

• 示例代码：

try (FileInputStream fis = new FileInputStream("D:\\test.txt")) {
    byte[] buffer = new byte[1024];
    int len;
    while ((len = fis.read(buffer)) != -1) {
        System.out.println(new String(buffer, 0, len));
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

• 注意事项：

  • 输入流的作用是读取数据，不能创建文件。如果尝试读取一个不存在的文件，会抛出FileNotFoundException。

  • 转换为字符串时必须指定实际读取的长度范围，否则会包含数组中未覆盖的旧数据。

3.1.2 FileOutputStream（文件字节输出流）

• 作用：向文件中写出字节数据。

• 构造器：

  • FileOutputStream(String path)：覆盖原有内容。

  • FileOutputStream(String path, boolean append)：append=true时追加内容。

• 示例代码：

• try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream("D:\\test.txt", true)) {
      fos.write("Hello".getBytes());
      fos.write(10); // 写出换行符（ASCII码10）
  } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
  }

• 注意事项：

  • 输出流会自动创建不存在的文件，但不会创建不存在的文件夹。

  • 未指定append=true时，写入会覆盖原有内容，需谨慎操作。

• 3.2 缓冲字节流（处理流）

  缓冲流是处理流（高级流），通过内部缓冲区减少 IO 次数，提高读写效率。

  3.2.1 缓冲区工作原理

• 输入缓冲（BufferedInputStream）： 内部维护一个缓冲区（默认 8192 字节），首次读取时，会一次性从文件读取尽可能多的数据存入缓冲区；程序读取数据时，先从缓冲区获取，当缓冲区里的数据被拿完后，缓冲流会再次一次性读取数据存储到缓冲区，反复循环，直到文件数据读完。

• 输出缓冲（BufferedOutputStream）： 写入数据时先存入缓冲区，当缓冲区满、调用flush()或close()时，才将数据一次性写入文件。

• 3.2.2 代码示例

try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(
         new FileInputStream("D:\\test.txt")
     )) {
    byte[] buffer = new byte[1024];
    int len;
    while ((len = bis.read(buffer)) != -1) {
        System.out.println(new String(buffer, 0, len));
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

try (BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(
         new FileOutputStream("D:\\test.txt")
     )) {
    bos.write("Hello Buffer".getBytes());
    bos.flush(); // 强制写出缓冲区（即使未满）
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

• 注意事项：

  • 缓冲输出流未调用flush()或close()时，数据可能滞留缓冲区，导致文件内容不完整。

  • 关闭流时，只需关闭缓冲流（处理流），底层节点流会被自动关闭。

3.3 数据字节流（处理流）

数据字节流提供基本数据类型的读写方法（如int、double），确保数据按原始类型存储和读取。

3.3.1 核心方法

• DataOutputStream：writeInt()、writeDouble()、writeUTF()等。

• DataInputStream：readInt()、readDouble()、readUTF()等。

3.3.2 代码示例

try (DataOutputStream dos = new DataOutputStream(
         new FileOutputStream("D:\\data.txt")
     )) {
    dos.writeInt(2023);
    dos.writeDouble(3.14);
    dos.writeUTF("Java IO");
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

try (DataInputStream dis = new DataInputStream(
         new FileInputStream("D:\\