6.1 传送带：流的概念与字节字符流

6.1 传送带：流的概念与字节字符流

本节摘要：流是数据在源与目的地之间的传送通道，按内容分字节流（搬原始字节，图片音视频）与字符流（带编码翻译，文本专用），按方向分输入与输出。四个基类构成四象限，文件实现类是最常用的传送带。字节流读中文会撞上多字节编码问题，字符流按指定编码翻译。本节立起四象限图、写出两套读写骨架代码，并解释流用完必须关的原因。

数据是怎么"流"进程序的

内存里的集合再大，程序一关就清零；要让数据活过进程的生死，必须让它们在内存与外部（文件、网络、别的进程）之间移动。Java 的模型是流（Stream）：一条单向传送带，数据像包裹一样从一端流向另一端。两个正交的分类维度拼出四种基本流：

按内容：字节流搬运原始字节，不理解也不需要理解包裹里是什么——图片、音频、压缩包、一切数据通用；字符流是"带翻译员的传送带"，专门处理文本，按字符编码在字节与字符之间转换。按方向：输入流从源读进程序、输出流从程序写向目的地。

图 6-1 流家族四象限与常用实现

两套骨架代码

字节流的读写骨架——单字节读的循环、read 返回负一表示流到头：

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

public class ByteStreamDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 先造一段字节文件（模拟已有的图片或数据文件）
        try (FileOutputStream out = new FileOutputStream("demo.dat")) {
            out.write("户籍科登记数据".getBytes("UTF-8"));   // 字符串转字节写出
        }

        // 逐字节读：read 返回 0 到 255 的整数 流尽返回 -1
        try (FileInputStream in = new FileInputStream("demo.dat")) {
            int b, count = 0;
            while ((b = in.read()) != -1) {     // 惯用写法：读并判断一步完成
                count++;
            }
            System.out.println("共读字节数：" + count);   // 输出：共读字节数：21（UTF-8 下七字中文）
        }

        // 批量读：字节数组当托盘 一次搬一批
        try (FileInputStream in = new FileInputStream("demo.dat")) {
            byte[] buf = new byte[8];
            int n = in.read(buf);               // 返回实际读到的个数
            System.out.println("本次读到：" + n + " 字节");   // 输出：本次读到：8 字节
        }
    }
}
​

try 后跟圆括号的写法叫"自动关闭资源"，6.2 节之前先当固定骨架用，第 7 章 7.2 节会拆开讲它替你省了什么。字符流的骨架与之同构，只是单位从字节换成字符：

import java.io.FileWriter;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class CharStreamDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        try (FileWriter w = new FileWriter("note.txt")) {
            w.write("第一行：登记窗口开放\n");
            w.write("第二行：变更窗口开放\n");
        }
        try (FileReader r = new FileReader("note.txt")) {
            int ch;
            while ((ch = r.read()) != -1) {
                System.out.print((char) ch);    // 逐字符读 中文不乱
            }
            // 输出两行完整中文 每个汉字作为一个字符读出
        }
    }
}
​

同样的中文内容，字节流逐"字节"读会得到一堆碎块——一个汉字在 UTF-8 下占三个字节，按单字节读出来再转字符必然乱码；字符流逐"字符"读，翻译员把三个字节拼成一个汉字再交给你。这就是两条传送带的选择标准：内容是文本就用字符流，别的（图片、音频、压缩包、序列化数据）一律字节流。

流为什么必须关

骨架里每段都包在自动关闭的 try 里，原因直说：流握着操作系统的资源句柄——文件句柄、网络连接，这些不是 Java 堆里的对象，垃圾回收器管不到它们。不关流的后果有两层：数据可能丢（输出流关闭前会把缓冲区冲刷到目的地，4.2 节说过的缓冲问题在流上同样存在）；句柄泄漏（程序不退出时文件一直被占用，Windows 上表现为"文件被另一进程占用，无法删除"）。

完整案例：复制一个文件

背景：把一个数据文件复制一份到新文件。操作：字节流加托盘批量读写——复制不能逐字节（慢），要用字节数组分批搬：

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

public class CopyCase {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        try (FileInputStream in = new FileInputStream("demo.dat");
             FileOutputStream out = new FileOutputStream("demo-copy.dat")) {   // 两个资源同管
            byte[] tray = new byte[1024];       // 一千零二十四字节的托盘
            int n;
            while ((n = in.read(tray)) != -1) {
                out.write(tray, 0, n);          // 只写实际读到的 n 个 防止把托盘尾部旧数据写出
            }
        }
        try (FileInputStream in = new FileInputStream("demo-copy.dat")) {
            System.out.println("副本字节数：" + in.available());   // 输出：副本字节数：21 与原文件一致
        }
    }
}
​

结果：副本与原文件字节数一致。解读：两个关键细节——write 时必须带"从零写到 n"，因为最后一批通常装不满托盘，整托盘写出会把托盘里残留的旧字节一起写进去；两个流声明在同一个 try 括号里，关闭顺序与声明顺序相反（先关 out 再关 in，第 7 章展开规则）。变式：复制大文件时把托盘加大能再提速，但真正的提速来自缓冲流——下一节的主角；文本文件复制仍建议用字节流原样搬，翻译员（字符流）反而可能在编码转换时画蛇添足。

本节要点回顾

• 流是单向传送带：按内容分字节与字符、按方向分输入与输出，四象限对应四个基类，选型先问搬什么再问往哪搬
• 非文本一律字节流：图片音频压缩包不理解内容照搬；文本用字符流，翻译员保证汉字按字符处理不碎裂
• read 返回负一即流尽：逐字节与托盘批量两种读法，惯用写法"读并判断一步完成"
• write 要写实际读到的个数：托盘最后一批不满，整托盘写出会夹带旧数据
• 流必须关：句柄不是堆对象、垃圾回收管不到；自动关闭的 try 是标准骨架，细节第 7 章拆

裸传送带每次搬运都要穿越到文件系统，速度受限。下一节加装缓冲托盘与编码翻译窗：缓冲流为什么能提速一个量级，转换流怎么指定编码救回乱码。