Java 输入输出（I/O）详解

Java 提供了丰富的类库来处理输入输出操作。这些类主要位于 java.io 包中。以下是关于 Java I/O 的详细讲解，分为几个部分：文件 I/O、标准输入输出、字节流与字符流、缓冲流等。

1. 文件 I/O

文件 I/O 涉及读取和写入文件内容。Java 提供了多种方式来处理文件，包括字节流和字符流。

• File 类：用于表示文件或目录的路径名。

java File file = new File("example.txt");

• FileInputStream 和 FileOutputStream：用于读取和写入字节数据。

\\\`java // 写入文件 try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt")) { String data = "Hello, World!";

• bytes = data.getBytes();

fos.write(bytes); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); }

// 读取文件 try (FileInputStream fis = new FileInputStream("output.txt")) { int content; while ((content = fis.read()) != -1) { System.out.print((char) content); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } \\\`

• FileReader 和 FileWriter：用于读取和写入字符数据。

\\\`java // 写入文件 try (FileWriter writer = new FileWriter("output.txt")) { writer.write("Hello, World!"); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); }

// 读取文件 try (FileReader reader = new FileReader("output.txt")) { int content; while ((content = reader.read()) != -1) { System.out.print((char) content); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } \\\`

2. 标准输入输出

Java 提供了 System.in 和 System.out 来处理标准输入和输出。

• System.out：用于输出数据到控制台。

java System.out.println("Hello, World!");

• System.in：用于从控制台读取输入。

java Scanner scanner = new Scanner(System.in); System.out.print("Enter your name: "); String name = scanner.nextLine(); System.out.println("Hello, " + name);

3. 字节流与字符流

• 字节流：处理二进制数据，适用于所有类型的文件。
• InputStream 和 OutputStream
• FileInputStream 和 FileOutputStream
• 字符流：处理字符数据，适用于文本文件。
• Reader 和 Writer
• FileReader 和 FileWriter

4. 缓冲流

为了提高 I/O 操作的效率，Java 提供了缓冲流。

• BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream：用于字节流的缓冲。
• BufferedReader 和 BufferedWriter：用于字符流的缓冲。

\\\`java // 使用 BufferedReader 读取文件 try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("input.txt"))) { String line; while ((line = br.readLine()) != null) { System.out.println(line); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); }

// 使用 BufferedWriter 写入文件 try (BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("output.txt"))) { bw.write("Hello, World!"); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } \\\`

5. 序列化与反序列化

Java 提供了对象的序列化机制，可以将对象保存到文件并在需要时恢复。

• ObjectOutputStream 和 ObjectInputStream

\\\`java // 序列化对象 try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("object.ser"))) { Person person = new Person("John", 30); oos.writeObject(person); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); }

// 反序列化对象 try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("object.ser"))) { Person person = (Person) ois.readObject(); System.out.println(person); } catch (IOException | ClassNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } \\\`

面试题

基础问题

1. 什么是 I/O 流？
2. I/O 流是用于在程序和外部设备之间传输数据的工具。
3. Java 中有哪些常见的 I/O 类？
4. InputStream, OutputStream, Reader, Writer, File, Scanner 等。
5. 解释一下字节流和字符流的区别。
6. 字节流处理二进制数据，字符流处理字符数据。
7. 什么是缓冲流？为什么使用它？
8. 缓冲流通过缓存数据来减少 I/O 操作次数，提高性能。
9. 如何关闭资源？
10. 使用 try-with-resources 语句或手动调用 close() 方法。

进阶问题

6. 解释 **BufferedReader** 和 **BufferedWriter** 的工作原理。
7. 它们通过内部缓冲区来批量读写数据，减少了频繁的 I/O 操作。
8. 什么是序列化和反序列化？
9. 序列化是将对象转换为字节流的过程，反序列化是将字节流还原为对象的过程。
10. 如何实现自定义对象的序列化？
11. 实现 Serializable 接口，并确保所有非静态成员变量也实现了该接口。
12. **File** 类的主要用途是什么？
13. 表示文件或目录的路径名，提供文件属性查询和文件操作方法。
14. **RandomAccessFile** 是什么？

* 允许随机访问文件中的数据，支持读写操作。

实战问题

11. 编写一个程序，读取一个文本文件并统计其中的单词数量。 \\\`java import java.io.; import java.util.;

public class WordCount {

12. args) {

try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("input.txt"))) { String line; Map wordCount = new HashMap<>(); while ((line = br.readLine()) != null) {

13. words = line.split("\\\\s+");

for (String word : words) { wordCount.put(word, wordCount.getOrDefault(word, 0) + 1); } } wordCount.forEach((word, count) -> System.out.println(word + ": " + count)); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } \\\`

14. 如何处理大文件的读写操作以避免内存溢出？

* 使用缓冲流和分块读写，避免一次性加载整个文件到内存中。

15. 如何实现多线程环境下的文件读写同步？

* 使用 FileLock 或者对共享资源进行同步处理。

16. 解释 **try-with-resources** 语句的作用。

* 自动管理资源的关闭，确保资源在使用后正确释放。

17. 如何捕获和处理 I/O 异常？

* 使用 try-catch 块捕获 IOException 并进行适当处理。

18. 什么是 **Path** 和 **Paths** 类？

* Path 表示文件系统中的路径，Paths 提供创建 Path 对象的静态方法。

19. 如何使用 **Files** 类进行文件操作？

* Files 类提供了许多静态方法来处理文件和目录，如 readAllLines, write, copy, delete 等。

20. 什么是 NIO 和 NIO.2？

* NIO（New I/O）引入了非阻塞 I/O 和通道的概念，NIO.2（New I/O 2）进一步扩展了功能，增加了对文件系统和异步 I/O 的支持。

21. 如何使用 **Scanner** 类读取用户输入？

* Scanner 提供了多种方法来读取不同类型的数据，如 nextLine(), nextInt(), nextDouble() 等。

22. 什么是 **PrintStream** 类？

* PrintStream 是一个输出流类，支持格式化输出，通常用于替换 System.out。

这些问题涵盖了 Java I/O 的各个方面，帮助你全面理解其原理和应用。希望这些内容对你有所帮助！