JavaIO流的使用和修飾器模式（直擊心靈版）

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? ?JavaIO流的使用和修飾器模式

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前言
一、字節流：
- 1.FileInputStream(讀取文件)
- 2.FileOutputStream(寫入文件)
二、字符流：
- 1..基礎字符流:
- 2.處理流：
- 3.對象處理流：
- 4.轉換流：
?三、修飾器模式
總結

前言

? 前面我們講解了Java文件和IO流的基礎部分。把流簡單的分了一下類，但是我們還不知道具體是如何是使用的，下面我們將詳細的講解一下這些個流各自的職責是什么，簡言之就是各自的使用方式。然后我還想給大家強戴一下IO流當中的修飾器模式，因為這個實際上通過封裝真的太牛逼了。

? ? ? ? ? 我先給大家按字節流和字符流的分類方式來進行講述：

一、字節流：

? ? ? ?用于處理二進制數據（如圖片、視頻、任何文件）?，核心類為?InputStream?和?OutputStream

? ? ? ? （1）FileInputStream(讀取文件)

? ? ? ?? ? ?每次調用?read()?方法從磁盤讀取1字節，頻繁IO操作性能差。
? 適用場景：小文件讀取或需要逐字節處理的場景。

try (InputStream in = new FileInputStream("test.jpg")) {int byteData;while ((byteData = in.read()) != -1) { // 每次讀取1字節// 處理字節（例如加密、校驗）System.out.print((char)byteData + " ");}
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}

? ? ? ??我們要注意，這樣單個字節讀取，如果文件當中有漢字就不行了。? ? ? ? ? ? ? ? ??

?所以進階版可以用int read(byte[] b)方法來讀取，這個方法底層是從該輸入流中讀取最多b.length字節數據到字節數組，如果讀取正常，返回實際讀取字節數， -1表示的是讀取完畢了。但記得最后還要轉換為字符串 new String(buf,0,readlen).

? ? ? ? ? ?(2) FileOutputStream(寫入文件)

? ? ? ??注意點：若文件不存在會自動創建，若存在默認覆蓋（通過構造參數可設置為追加模式）。

// 第二個參數 true 表示追加寫入
try (OutputStream out = new FileOutputStream("log.txt", true)) {String logEntry = "Error occurred at " + new Date() + "\n";out.write(logEntry.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)); // 顯式指定編碼
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}

這里還有一處細節要注意，就是這樣創建，寫入內容會覆蓋原來的內容，但如果是這樣創建的 new FileOutputStream(filepath,true)，這樣再寫入內容就會追加到文件后面。

二、字符流

1.基礎字符流:

? (1)FileReader 讀文件

? 這里循環讀取使用read()是單個字符讀取，使用read(buf)返回的是實際取到的字符數.

? (2)FileWriter? ? ? 寫文件

這里面注意一定要關閉流，或者Flush才能真正的把數據寫入到文件

2.處理流：

`BufferedReader`?和?`BufferedWriter：`

readLine()?可逐行讀取文本。

// 讀取CSV文件并解析
try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("data.csv"))) {String line;while ((line = br.readLine()) != null) {String[] columns = line.split(",");// 處理每一列數據}
}// 寫入帶換行的文本
try (BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("output.txt"))) {bw.write("Line 1");bw.newLine();  // 跨平臺換行（Windows為\r\n，Linux為\n）bw.write("Line 2");
}

像BufferedReader類中，有屬性Reader，即可以封裝一個節點流（該節點流可以是任意的，只要是Reader的子類就行，這個我們下面講修飾器模式再講）。

details:

1.BufferedReader?和?BufferedWriter都是按照字符操作的。

2.不要去操作二進制文件（如聲音，視頻等）可能會造成文件損壞。

? ?總結：

場景	正確流類型	原因
圖片、視頻、EXE文件	字節流	直接處理原始字節，避免編解碼干擾
文本文件（.txt）	字符流	正確處理字符編碼（如UTF-8、GBK）
混合數據（如PDF）	字節流	PDF包含文本和二進制結構，需精確控制字節
網絡傳輸數據	字節流	網絡協議基于字節，而非字符

所以說字符流是“文本專用工具”，操作二進制文件就像用剪刀擰螺絲——不僅費力，還可能搞砸！

? 3.對象處理流：

? 能夠將基本數據類型或者對象進行序列化和反序列化的操作。

? ? ? 這里我們需要注意的是如果需要讓某個對象支持序列化機制，則必須讓其類是可序列化的，而為了讓某個類是可序列化的，該類必須實現如下兩個接口之一：

? ? Serializable? 和? ?Externalizable? 我們常用的是Serializable接口，因為它不用再重寫方法了。

? ??

class User implements Serializable {private static final long serialVersionUID = 1L; // 版本號private String name;private transient String password; // transient字段不會被序列化
}// 序列化對象到文件
User user = new User("Alice", "secret");
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("user.dat"))) {oos.writeObject(user);
}// 反序列化
try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("user.dat"))) {User restoredUser = (User) ois.readObject();System.out.println(restoredUser.getName()); // 輸出 "Alice"System.out.println(restoredUser.getPassword()); // 輸出 null（transient字段）
}

? ? ?注意讀取（反序列化）的順序需要和保存數據（序列化）的順序一致，否則會出現異常。

還有最容易忽略的一點就是序列化對象時，要求里面的屬性的類型也需要實現序列化接口。

? 序列化對象時，默認將里面所有屬性都會進序列化，除了static或者transient修飾的成員。

? ? 4.轉換流：

亂碼的本質是 ?字符編碼不匹配：

?寫入時：文本按編碼A（如UTF-8）轉換為字節。
?讀取時：字節按編碼B（如GBK）解碼為字符。
?結果：編碼A和編碼B的映射關系不同，導致字符顯示錯誤。

轉換流的作用

類名	功能	核心價值
`InputStreamReader`	將字節流（`InputStream`）按指定編碼轉換為字符流	?解決讀取時的編碼問題
`OutputStreamWriter`	將字符流按指定編碼轉換為字節流（`OutputStream`）	?解決寫入時的編碼問題

try (Reader reader = new InputStreamReader(new FileInputStream("utf8_file.txt"), StandardCharsets.UTF_8)) {// 正確讀取中文字符int data;while ((data = reader.read()) != -1) {System.out.print((char) data);}
}try (Reader reader = new InputStreamReader(new FileInputStream("utf8_file.txt"), StandardCharsets.UTF_8)) {// 正確讀取中文字符int data;while ((data = reader.read()) != -1) {System.out.print((char) data);}
}

綜上可知，學習IO流我們必須要知道什么時候使用什么流。

? ?三、修飾器模式：

? 其實我在學習的過程中也很疑惑這個修飾器模式到底有什么用，不就是像套娃一樣一層套著一層嗎，但是當我們真正理解了才發現Java設計者有多牛逼。

? ? ? ? 像以BufferedInputStream舉例：

`BufferedInputStream`?的緩沖機制

?內部緩沖區：BufferedInputStream?維護一個字節數組（默認大小 8KB），用于臨時存儲從底層流讀取的數據。
?讀取邏輯：
1. 當用戶調用?read()?時，BufferedInputStream?會優先從緩沖區讀取數據。
2. ?如果緩沖區為空，它會一次性從底層?InputStream（如?FileInputStream）讀取一批數據（填滿緩沖區）。
3. 后續的?read()?直接從緩沖區返回數據，直到緩沖區耗盡，再重復步驟 2。

? ?

數據來源：BufferedInputStream?本身不連接任何數據源（如文件、網絡等），它只是一個“功能增強包裝器”。
?依賴關系：緩沖流需要底層流提供原始數據，而?FileInputStream?是唯一能直接讀取文件的節點流。

? ?裝飾器模式（Decorator Pattern）的核心思想是 ?動態地為對象添加功能，同時保持接口的一致性。

? 舉一個咖啡加料的例子：

? ? ?假設你經營一家咖啡店，需要靈活組合咖啡和配料（如牛奶、糖），但不想為每種組合創建子類（如?MilkSugarCoffee、SugarCoffee?等）。裝飾器模式可以完美解決這個問題

? ? ?1.定義基礎組件：

? ? ??

// 基礎接口：咖啡
public interface Coffee {double getCost();String getDescription();
}// 具體組件：基礎咖啡
public class SimpleCoffee implements Coffee {@Overridepublic double getCost() { return 2.0; }@Overridepublic String getDescription() { return "基礎咖啡"; }
}

? ? ?2. 定義裝飾器基類：

? ?

// 裝飾器基類：實現 Coffee 接口，并持有一個 Coffee 對象
public abstract class CoffeeDecorator implements Coffee {protected Coffee decoratedCoffee;public CoffeeDecorator(Coffee coffee) {this.decoratedCoffee = coffee;}// 委托給被裝飾的 Coffee 對象@Overridepublic double getCost() { return decoratedCoffee.getCost(); }@Overridepublic String getDescription() { return decoratedCoffee.getDescription(); }
}

? ? ?3. 具體修飾器：牛奶或糖：

? ? ?

// 牛奶裝飾器
public class MilkDecorator extends CoffeeDecorator {public MilkDecorator(Coffee coffee) {super(coffee);}@Overridepublic double getCost() { return super.getCost() + 0.5; }@Overridepublic String getDescription() { return super.getDescription() + "+牛奶"; }
}// 糖裝飾器
public class SugarDecorator extends CoffeeDecorator {public SugarDecorator(Coffee coffee) {super(coffee);}@Overridepublic double getCost() { return super.getCost() + 0.2; }@Overridepublic String getDescription() { return super.getDescription() + "+糖"; }
}

? ? ?4.使用修飾器的動態組合：?

public class Main {public static void main(String[] args) {// 基礎咖啡Coffee coffee = new SimpleCoffee();System.out.println(cost: " + coffee.getCost() + ", desc: " + coffee.getDescription());// 加牛奶coffee = new MilkDecorator(coffee);System.out.println(cost: " + coffee.getCost() + ", desc: " + coffee.getDescription());// 再加糖coffee = new SugarDecorator(coffee);System.out.println(cost: " + coffee.getCost() + ", desc: " + coffee.getDescription());}
}

而在IO流中：

組件接口：InputStream（所有輸入流的基類）。
?具體組件：FileInputStream（直接操作文件的節點流）。
?裝飾器基類：FilterInputStream（實現?InputStream，并持有?InputStream?對象）。
?具體裝飾器：BufferedInputStream（擴展?FilterInputStream，添加緩沖功能）。

// 節點流：直接讀取文件
InputStream fileStream = new FileInputStream("data.txt");// 裝飾器：添加緩沖功能
InputStream bufferedStream = new BufferedInputStream(fileStream);// 可以繼續裝飾：例如添加解密功能（假設有 DecryptInputStream）
InputStream decryptedStream = new DecryptInputStream(bufferedStream);

當調用?bufferedStream.read()?時：