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  • 第1章 Java概述与环境搭建

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    • 线程池详解
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    • 章节导读
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    • Constructor 与对象创建
    • Field与Method详解
    • 反射应用详解
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    • Stream API 基础
    • Stream API 高级详解
    • Optional 详解
    • 新日期时间API详解
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    • 章节导读
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    • 接口增强:private 方法(JDK 9)
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    • String 新增方法(JDK 11)
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  • 第18章 JDK12-17新特性

    • 章节导读
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    • 密封类 Sealed Classes(JDK 15 预览 / JDK 17 正式)
    • instanceof 模式匹配(JDK 14 预览 / JDK 16 正式)
    • Switch 模式匹配 — Pattern Matching for switch(JDK 17 预览 / JDK 21 正式)
    • Helpful NPE 与 String 增强(JDK 12 / JDK 14 / JDK 15)
    • Stream 增强(JDK 12 / JDK 16)
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  • 第19章 JDK18-21新特性

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  • 第20章 JDK 22-25 新特性

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  • 附录

    • Java 核心知识点
    • Java SE 专业术语
    • Java特性索引(JDK 8 → 25)

字符流

小崔打开十六进制编辑器查看 员工.txt:"原来一个'大'字在磁盘上是 E5 A4 A7 三个字节!难怪用字节流读文本,缓冲区边界切不准就乱码。"
白歌:"正是。字符流在字节流之上加了一层编码/解码器,帮你把字节序列翻译成人类能读的字符。对文本,用字符流比字节流省心得多。"


一、字符流定位

字符流专为文本数据设计。它内部维护一个字符编码器/解码器,在读写时自动完成字符与字节之间的转换。

特性字节流字符流
处理单位1 字节(8 bit)1 字符(Java中为16 bit Unicode)
适用范围所有文件类型仅文本文件(.txt, .csv, .json, .xml, .java 等)
编码管理程序员自行处理自动处理(内部使用默认或指定编码)
基类InputStream / OutputStreamReader / Writer
节点流类FileInputStream / FileOutputStreamFileReader / FileWriter

二、字符编码深度解析

2.1 从字节到字符的桥梁

字符流最核心的价值在于自动处理编码。不同编码方案对同一个字符的字节表示完全不同:

字符UTF-8 编码GBK 编码UTF-16 编码
A41 (1字节)41 (1字节)00 41 (2字节)
翔E7 BF 94 (3字节)CF E8 (2字节)7F D4 (2字节)
飞E9 A3 9E (3字节)B7 C9 (2字节)98 DE (2字节)

同一个"翔"字,UTF-8 用3个字节,GBK 用2个字节。如果用错了编码,就会出现经典的乱码现象。

2.2 JDK 8 默认编码

JDK 8 的默认字符编码取决于操作系统和JVM设置:

操作系统默认编码
Windows(中文)GBK(或GB2312)
macOS / Linux(中文)UTF-8

重要提示:跨平台项目必须显式指定编码,绝不能依赖平台默认值。否则Windows开发的代码放到Linux服务器就可能乱码。

2.3 编码转换流程


三、FileReader / FileWriter 核心方法

3.1 FileReader

// FileReader 本质上是 InputStreamReader 的子类
// 它使用平台默认编码(JDK 8中无法自定义编码!)
public class FileReader extends InputStreamReader {
    public FileReader(String fileName) throws FileNotFoundException { ... }
    public FileReader(File file) throws FileNotFoundException { ... }
    // 没有接受 Charset 参数的构造方法!
}

JDK 8 限制:FileReader 不能指定编码!这在跨平台开发中是严重问题。解决方案:使用 new InputStreamReader(new FileInputStream(file), "UTF-8") 替代。

3.2 FileWriter

构造方法说明
FileWriter(String fileName)覆盖模式
FileWriter(String fileName, boolean append)append=true 追加模式
FileWriter(File file)覆盖模式
FileWriter(File file, boolean append)追加模式

FileWriter 同样不能指定编码,同样的限制。

3.3 核心读写方法

方法所属类说明
int read()Reader读取单个字符,返回0~65535,-1表示结束
int read(char[] cbuf)Reader读取字符到数组,返回实际读取数
int read(char[] cbuf, int off, int len)Reader带偏移和长度的读取
void write(int c)Writer写出单个字符(int的低16位)
void write(char[] cbuf)Writer写出整个字符数组
void write(String str)Writer写出字符串(字节流没有此方法)
void write(String str, int off, int len)Writer写出字符串的一部分
Writer append(CharSequence csq)Writer追加字符序列(返回this,支持链式调用)
void flush()Writer强制将内部缓冲写出
void close()Writer关闭流(内部自动调用flush)

四、完整示例:飞翔科技配置文件管理

场景描述

飞翔科技运营部使用 server.conf 管理服务器配置。小崔需要编写一个工具类读取和保存配置。

示例一:用字符流读取配置文件(指定UTF-8编码)

import java.io.*;
import java.util.Properties;

/**
 * 飞翔科技 - 服务器配置读取工具
 * 使用 InputStreamReader 显式指定 UTF-8 编码读取中文配置
 */
public class ConfigReader {
    public static void main(String[] args) {
        String configPath = "C:/feixiang/config/server.conf";

        // ✅ 使用 InputStreamReader 显式指定 UTF-8 编码
        try (Reader reader = new InputStreamReader(
                new FileInputStream(configPath), "UTF-8");
             BufferedReader br = new BufferedReader(reader)) {

            Properties props = new Properties();
            props.load(br);

            System.out.println("=== 飞翔科技服务器配置 ===");
            System.out.println("数据库主机:" + props.getProperty("db.host"));
            System.out.println("数据库端口:" + props.getProperty("db.port"));
            System.out.println("管理员姓名:" + props.getProperty("admin.name"));
            System.out.println("日志路径:" + props.getProperty("log.path"));
            System.out.println("公司名称:" + props.getProperty("company.name"));

        } catch (IOException e) {
            System.err.println("配置文件读取失败:" + e.getMessage());
        }
    }
}

假设 server.conf 内容:

db.host=192.168.1.100
db.port=3306
admin.name=大翔
log.path=/var/log/feixiang/
company.name=飞翔科技
运行输出:
=== 飞翔科技服务器配置 ===
数据库主机:192.168.1.100
数据库端口:3306
管理员姓名:大翔
日志路径:/var/log/feixiang/
公司名称:飞翔科技

示例二:用字符流写入带中文的日志文件

import java.io.*;
import java.time.LocalDateTime;
import java.time.format.DateTimeFormatter;

/**
 * 飞翔科技 - 系统日志写入工具
 * 使用 OutputStreamWriter 指定 UTF-8 编码,安全写入中文日志
 */
public class LogWriter {
    private static final String LOG_PATH = "C:/feixiang/logs/system.log";
    private static final DateTimeFormatter DTF =
            DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

    public static void main(String[] args) {
        // 写入几条日志
        writeLog("INFO", "系统启动完成 - 初始化模块数:12");
        writeLog("WARN", "磁盘使用率达到 85%,请关注");
        writeLog("INFO", "管理员【大翔】登录后台系统");
        writeLog("ERROR", "数据库连接超时 - 主机:192.168.1.200:3306");

        System.out.println("日志写入完成,开始回读验证:\n");
        readLastLogs(10);
    }

    /** 追加日志到文件(UTF-8编码) */
    public static void writeLog(String level, String message) {
        // ✅ 使用 OutputStreamWriter 显式指定 UTF-8 编码
        try (Writer writer = new OutputStreamWriter(
                new FileOutputStream(LOG_PATH, true), "UTF-8");
             BufferedWriter bw = new BufferedWriter(writer)) {

            String timestamp = LocalDateTime.now().format(DTF);
            bw.write(String.format("[%s] [%-5s] %s", timestamp, level, message));
            bw.newLine();
            bw.flush();  // 确保每条日志立即写入磁盘

        } catch (IOException e) {
            System.err.println("日志写入失败:" + e.getMessage());
        }
    }

    /** 读取最近N条日志 */
    public static void readLastLogs(int lines) {
        try (BufferedReader br = new BufferedReader(
                new InputStreamReader(
                    new FileInputStream(LOG_PATH), "UTF-8"))) {
            String line;
            int count = 0;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
                if (++count >= lines) break;
            }
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("日志读取失败:" + e.getMessage());
        }
    }
}
运行输出:
日志写入完成,开始回读验证:

[2025-01-15 09:30:12] [INFO ] 系统启动完成 - 初始化模块数:12
[2025-01-15 09:30:12] [WARN ] 磁盘使用率达到 85%,请关注
[2025-01-15 09:30:13] [INFO ] 管理员【大翔】登录后台系统
[2025-01-15 09:30:13] [ERROR] 数据库连接超时 - 主机:192.168.1.200:3306

五、字符流的内部缓冲

你可能注意到上面的代码使用了 BufferedWriter,但即使不使用,FileWriter 和 OutputStreamWriter 本身也有内部缓冲区。

关键:字符流有两层缓冲——Writer自己的char缓冲区 和 底层StreamEncoder的byte缓冲区。这就是为什么数据写出后可能没有立即出现在磁盘上,必须调用 flush() 或 close() 才能确保落盘。


六、字节流 vs 字符流:本质区别

比较点字节流字符流
中文处理需自行处理编码,容易乱码自动编解码(需指定正确编码)
二进制文件可以不可以(会破坏数据)
性能无编码开销,更快有编解码开销
API便利性无 write(String)有 write(String)、readLine()

七、易错场景

反例一:用 FileReader 读取跨平台文件导致乱码

// ❌ 错误:FileReader 使用平台默认编码(Windows=GBK, Linux=UTF-8)
// 如果在 Windows 上开发,读取 Linux 服务器生成的 UTF-8 文件必乱码
try (FileReader fr = new FileReader("server_data.txt")) {
    char[] buf = new char[1024];
    int len = fr.read(buf);
    System.out.println(new String(buf, 0, len));  // 乱码!
}

纠正:

// ✅ 正确:使用 InputStreamReader 显式指定 UTF-8
try (Reader reader = new InputStreamReader(
        new FileInputStream("server_data.txt"), StandardCharsets.UTF_8)) {
    char[] buf = new char[1024];
    int len = reader.read(buf);
    System.out.println(new String(buf, 0, len));  // 正确显示中文
}

反例二:用字符流处理图片文件

// ❌ 错误:字符流试图读取图片,会破坏二进制数据
// FileReader会将字节按编码解码,二进制数据的字节序列被错误解释
try (FileReader fr = new FileReader("employee_photo.jpg")) {
    // 即使编译通过,读出的数据也已经损坏
}

纠正:二进制文件必须用字节流。

反例三:写入后忘记 flush() 导致日志丢失

// ❌ 错误:服务崩溃时,缓冲区中的日志数据丢失
Writer writer = new FileWriter("app.log", true);
writer.write("服务启动\n");
writer.write("处理请求\n");
// 没有 flush() —— 如果此时服务异常退出,日志丢失!

纠正:

// ✅ 正确:关键日志每条立即 flush
Writer writer = new FileWriter("app.log", true);
writer.write("服务启动\n");
writer.flush();  // 确保写入磁盘
// 或者使用 try-with-resources,close() 会自动 flush

八、面试考点

Q1:FileReader 和 FileWriter 有什么致命缺陷?

它们不能指定字符编码,强制使用JVM平台默认编码(Windows=GBK,Linux=UTF-8),导致跨平台时极易产生乱码。JDK 8 中推荐使用 new InputStreamReader(new FileInputStream(file), "UTF-8") 和 new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(file), "UTF-8") 代替。

Q2:字符流能处理二进制文件吗?为什么?

不能。字符流在读取时会将字节按某种编码解码为Unicode字符,二进制文件的字节序列并非有效的编码字符序列,解码过程会破坏原始数据。例如,图片文件的前几个字节 FF D8 FF E0 在UTF-8解码下不是合法字符。

Q3:为什么 Writer 要区分 flush() 和 close()?

flush() 只将缓冲区数据强制写出到目标设备,但流仍然可用,可以继续写入。close() 在 flush() 之后还释放了底层资源(文件句柄、Socket连接等),调用 close() 后流不可再用。对于需要持续写入的日志文件,应定期 flush() 但不要 close()。

Q4:Java 中一个 char 占几个字节?为什么能表示中文?

Java 的 char 固定占 2字节(16位),采用UTF-16编码。基本多语言平面(BMP)的字符(包括汉字)都可以用单个 char 表示。辅助平面字符(如某些emoji)需要两个 char(代理对)。而磁盘存储时,具体占几个字节取决于使用的编码方案(UTF-8/GBK等),与内存中的 char 不同。

Q5:为什么说"字符流 = 字节流 + 编码器"?

字符流底层通过 StreamDecoder / StreamEncoder 包装了一个字节流。InputStreamReader 持有 StreamDecoder,后者持有 InputStream。读取时:字节流读入原始字节 → 解码器按指定编码将字节转换为Unicode字符。写出时反向操作。本质上字符流是对字节流的一层编码装饰。


白歌:"字符流解决了文本编码问题,但每次read()/write()都触发系统调用,性能上有优化空间。下一节,我们用缓冲流给它们加个'缓存层'。"

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