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字符流

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字符流

概述

字符流是Java IO中以字符为单位处理数据的流类型，专门用于处理文本数据。字符流基于Unicode编码，能够正确处理各种语言的字符，解决了字节流处理文本时可能出现的乱码问题。字符流主要包括Reader和Writer两大抽象基类，以及它们的各种实现类，为文本处理提供了便捷的API。

知识要点

1. Reader抽象类

Reader是所有输入字符流的超类，定义了基本的字符读取方法：

方法签名描述
int read()读取单个字符，返回0-65535的整数，若到达流末尾返回-1
int read(char[] cbuf)读取多个字符到缓冲区数组cbuf，返回实际读取的字符数
int read(char[] cbuf, int off, int len)读取最多len个字符到缓冲区数组cbuf，从偏移量off开始存储
long skip(long n)跳过并丢弃n个字符的数据
boolean ready()判断此流是否已准备好读取
void close()关闭此输入流并释放相关资源
void mark(int readAheadLimit)在此输入流中标记当前位置
void reset()将此流重新定位到上次标记的位置
boolean markSupported()测试此流是否支持mark()和reset()方法

2. Writer抽象类

Writer是所有输出字符流的超类，定义了基本的字符写入方法：

方法签名描述
void write(int c)写入单个字符
void write(char[] cbuf)写入字符数组cbuf的所有字符
void write(char[] cbuf, int off, int len)从数组cbuf的偏移量off开始写入len个字符
void write(String str)写入字符串str的所有字符
void write(String str, int off, int len)从字符串str的偏移量off开始写入len个字符
Writer append(CharSequence csq)将指定的字符序列追加到此writer
Writer append(CharSequence csq, int start, int end)将指定字符序列的子序列追加到此writer
Writer append(char c)追加指定字符到此writer
void flush()刷新此输出流并强制写出所有缓冲的输出字符
void close()关闭此输出流并释放相关资源

3. 字符流与字节流的转换

InputStreamReader和OutputStreamWriter是字节流与字符流之间的桥梁，允许指定字符编码：

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

/**
 * 字节流与字符流转换示例
 * 演示如何指定字符编码读写文本文件
 */
public class StreamConversionExample {
    public static void main(String[] args) {
        String fileName = "encoded_text.txt";
        
        // 使用指定编码写入文件
        try (OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(
                new FileOutputStream(fileName), StandardCharsets.UTF_8)) {
            osw.write("Hello, 世界! 这是UTF-8编码的文本。");
            System.out.println("文件写入成功！");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        // 使用指定编码读取文件
        try (InputStreamReader isr = new InputStreamReader(
                new FileInputStream(fileName), StandardCharsets.UTF_8)) {
            char[] buffer = new char[1024];
            int charsRead = isr.read(buffer);
            String content = new String(buffer, 0, charsRead);
            System.out.println("文件内容：" + content);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

4. 缓冲字符流

BufferedReader和BufferedWriter提供缓冲功能，显著提高字符流的读写性能：

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

/**
 * 缓冲字符流示例
 * 演示高效读写文本文件
 */
public class BufferedCharStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        String sourceFile = "source.txt";
        String destFile = "destination.txt";
        
        try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(sourceFile));
             BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter(destFile))) {
            
            String line;
            int lineNumber = 0;
            
            // 按行读取文件内容
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                lineNumber++;
                // 写入行号和内容
                bw.write(lineNumber + ": " + line);
                // 写入换行符
                bw.newLine();
            }
            System.out.println("文件复制成功！共复制" + lineNumber + "行");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

5. 字符数组流和字符串流

CharArrayReader、CharArrayWriter、StringReader和StringWriter用于在内存中操作字符数据：

import java.io.CharArrayReader;
import java.io.CharArrayWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.StringReader;
import java.io.StringWriter;

/**
 * 内存字符流示例
 * 演示在内存中操作字符数据
 */
public class MemoryCharStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用CharArrayWriter写入字符数据到内存
        try (CharArrayWriter caw = new CharArrayWriter()) {
            caw.write("Hello, CharArrayWriter!");
            caw.append(" 这是追加的内容。");
            
            // 获取内存中的字符数组
            char[] charData = caw.toCharArray();
            System.out.println("CharArrayWriter写入的数据: " + new String(charData));
            
            // 使用CharArrayReader读取内存中的字符数据
            try (CharArrayReader car = new CharArrayReader(charData)) {
                char[] buffer = new char[1024];
                int charsRead = car.read(buffer);
                System.out.println("CharArrayReader读取的数据: " + new String(buffer, 0, charsRead));
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        // 使用StringWriter和StringReader
        try (StringWriter sw = new StringWriter()) {
            sw.write("Hello, StringWriter!");
            sw.write(" 这是另一部分内容。");
            
            String stringData = sw.toString();
            System.out.println("StringWriter写入的数据: " + stringData);
            
            try (StringReader sr = new StringReader(stringData)) {
                char[] buffer = new char[1024];
                int charsRead = sr.read(buffer);
                System.out.println("StringReader读取的数据: " + new String(buffer, 0, charsRead));
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

知识扩展

设计思想

字符流设计体现了以下核心思想：

  1. 分层设计：基础流处理数据传输，装饰流添加功能（缓冲、编码转换等）
  2. 适配器模式：InputStreamReader和OutputStreamWriter充当字节流和字符流之间的适配器
  3. 开闭原则：通过抽象类定义接口，具体实现可灵活扩展
  4. 关注点分离：字符流专注于文本处理，字节流专注于二进制数据处理

避坑指南

  1. 字符编码问题：

    • 始终显式指定字符编码，避免依赖系统默认编码
    • 使用StandardCharsets类中的常量（如StandardCharsets.UTF_8）确保编码一致
    • 读写文件时使用相同的字符编码

  2. 性能优化：

    • 处理文本文件时，始终使用缓冲字符流（BufferedReader/BufferedWriter）
    • 使用readLine()方法按行读取文本比单个字符读取效率高
    • 大文件处理时，避免一次性读取全部内容到内存

  3. 资源管理：

    • 字符流也需要显式关闭，推荐使用try-with-resources语法
    • 输出字符流在关闭前会自动刷新，但显式调用flush()可确保数据及时写入
    • 嵌套流关闭时，只需关闭最外层流即可

  4. 特殊字符处理：

    • 注意不同操作系统换行符的差异（Windows: \r\n, Linux: \n, Mac: \r）
    • 使用BufferedWriter.newLine()方法生成平台无关的换行符
    • 处理包含特殊Unicode字符的文本时，确保字体支持

深度思考题

思考题1：如何实现一个功能，读取一个GBK编码的文本文件并转换为UTF-8编码的文件？

思考题回答： 可以通过组合使用InputStreamReader和OutputStreamWriter并指定不同编码来实现：

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.nio.charset.Charset;

public class EncodingConversionExample {
    public static void main(String[] args) {
        String gbkFile = "input_gbk.txt";
        String utf8File = "output_utf8.txt";
        
        try (InputStreamReader isr = new InputStreamReader(
                new FileInputStream(gbkFile), Charset.forName("GBK"));
             OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(
                new FileOutputStream(utf8File), Charset.forName("UTF-8"));
             BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
             BufferedWriter bw = new BufferedWriter(osw)) {
            
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                bw.write(line);
                bw.newLine();
            }
            System.out.println("文件编码转换成功！");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

思考题2：比较BufferedReader的readLine()方法和Scanner类的nextLine()方法在读取文本时的优缺点。

思考题回答： 两者各有优缺点，适用于不同场景：

特性BufferedReader.readLine()Scanner.nextLine()
性能更高，专为字符流设计较低，功能更全面但有额外开销
异常处理需要显式处理IOException不需要显式处理异常
分隔符只能按行分隔可自定义分隔符
功能仅读取行提供丰富的解析方法（nextInt(), nextDouble()等）
大文件处理更适合，内存效率高不适合，可能有性能问题
空行处理保留空行保留空行
流关闭需要显式关闭需要显式关闭

使用建议：

  • 简单读取文本文件时，优先使用BufferedReader，性能更好
  • 需要解析基本数据类型或使用自定义分隔符时，使用Scanner更方便
  • 处理大文件时，BufferedReader是更好的选择
  • 无论使用哪种方式，都要确保资源正确关闭
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