缓冲流与包装流

概述

缓冲流在底层流（如 字节流、字符流）之上增加内存缓冲区，减少与磁盘或网络的直接读写次数，从而显著提升 IO 性能。包装流（也称装饰器流）是指「接收另一个流作为参数、在其上增加某种能力」的流；缓冲流就是典型的包装流——它们包装 InputStream/OutputStream 或 Reader/Writer，为其增加缓冲与便捷方法（如 BufferedReader.readLine()）。

理解缓冲流与包装流，是写出高效、可维护 IO 代码的基础，也是学习 NIO 中 Buffer 概念的前置。

---

缓冲流与包装流体系概览

类型	常用类	包装对象	说明
字节缓冲流	BufferedInputStream	InputStream	为字节输入流增加缓冲，减少 read() 系统调用
	BufferedOutputStream	OutputStream	为字节输出流增加缓冲，批量写入底层流
字符缓冲流	BufferedReader	Reader	为字符输入流增加缓冲，并提供 readLine() 按行读取
	BufferedWriter	Writer	为字符输出流增加缓冲，并提供 newLine() 换行

• 包装关系：缓冲流通过构造方法接收「底层流」，例如 new BufferedInputStream(new FileInputStream("a.txt"))。关闭缓冲流时，会关闭其包装的底层流，因此只需关闭最外层流。
• 默认缓冲区大小：通常为 8KB（8192 字节/字符），也可在构造时指定，如 new BufferedInputStream(in, 16384)。

提示

多数文件读写场景下，应优先使用缓冲流包装 FileInputStream/FileOutputStream 或 FileReader/FileWriter，可明显减少 IO 次数，尤其在循环中逐字节/逐字符读写时。

---

基本用法

BufferedInputStream / BufferedOutputStream

• 构造：BufferedInputStream(InputStream in)、BufferedInputStream(InputStream in, int size)；BufferedOutputStream(OutputStream out)、BufferedOutputStream(OutputStream out, int size)。
• 读写：与底层 InputStream/OutputStream 的 read(byte[])、write(byte[]) 用法一致；数据先经过内部缓冲区，再与底层流交互。
• flush：BufferedOutputStream.flush() 将缓冲区内容写入底层流；BufferedInputStream 无 flush。
• close：关闭时会关闭包装的底层流，并释放缓冲区。

BufferedReader / BufferedWriter

• 构造：BufferedReader(Reader in)、BufferedReader(Reader in, int size)；BufferedWriter(Writer out)、BufferedWriter(Writer out, int size)。
• 读写：与底层 Reader/Writer 的 read(char[])、write(String) 等用法一致；另提供：
  • String readLine()：读取一行（不包含换行符），末尾返回 null。
  • void newLine()：写出与系统无关的换行符。
• flush：BufferedWriter.flush() 将缓冲区内容写入底层流；写入后若需立即落盘，应调用 flush()。
• close：关闭时会先 flush（若有未写出数据），再关闭包装的底层流。

说明

缓冲流的 read、write、close 会抛出受检异常 IOException，必须用 try-catch 捕获或在方法上 throws IOException。推荐用 try-with-resources 管理流，只需关闭最外层缓冲流即可。详见 异常处理。

---

使用示例

示例 1：用 BufferedInputStream 包装 FileInputStream 读取文件

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class BufferedReadFile {
    public static void main(String[] args) {
        // 缓冲流包装文件流；try-with-resources 只关闭 BufferedInputStream，其会关闭内部 FileInputStream
        try (BufferedInputStream in = new BufferedInputStream(new FileInputStream("data/hello.txt"))) {
            byte[] buf = new byte[1024];
            int len;
            while ((len = in.read(buf)) != -1) {
                // 实际读到的字节数为 len，可能小于 buf.length
                System.out.print(new String(buf, 0, len));
            }
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("读取失败: " + e.getMessage());
        }
    }
}

示例 2：用 BufferedWriter 包装 FileWriter 写入并 flush

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

public class BufferedWriteFile {
    public static void main(String[] args) {
        try (BufferedWriter out = new BufferedWriter(new FileWriter("data/output.txt"))) {
            out.write("第一行");
            out.newLine();  // 与系统无关的换行
            out.write("第二行");
            out.flush();    // 确保写入缓冲区的内容立即写到文件（try-with-resources 关闭前也会 flush）
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("写入失败: " + e.getMessage());
        }
    }
}

示例 3：BufferedReader 按行读取（readLine）

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

public class ReadByLine {
    public static void main(String[] args) {
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("data/hello.txt"))) {
            String line;
            int lineNum = 0;
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                lineNum++;
                System.out.println(lineNum + ": " + line);
            }
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("读取失败: " + e.getMessage());
        }
    }
}

提示

BufferedReader.readLine() 是处理文本文件按行读取最常用的方式；返回的字符串不包含换行符。若需指定编码，可包装 InputStreamReader：new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(path), StandardCharsets.UTF_8))。

示例 4：多层包装与关闭顺序

import java.io.*;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class LayeredStreams {
    public static void main(String[] args) {
        // 从内到外：FileInputStream → InputStreamReader（字节转字符，指定 UTF-8）→ BufferedReader
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(
                new InputStreamReader(new FileInputStream("data/hello.txt"), StandardCharsets.UTF_8))) {
            String line;
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("读取失败: " + e.getMessage());
        }
        // 只需关闭最外层的 BufferedReader；其 close() 会依次关闭 InputStreamReader、FileInputStream
    }
}

---

包装流（装饰器）概念

Java IO 中大量使用装饰器模式：用一个流「包装」另一个流，在不修改原有类的前提下增加缓冲、编码转换、行读写等能力。

概念	说明
底层流	直接与数据源/目标打交道，如 FileInputStream、FileWriter
包装流	接收一个已有流，在其上增加行为，如 BufferedInputStream、InputStreamReader
关闭顺序	只需关闭最外层包装流；其 close() 会委托给内层流，最终关闭底层流
flush	对 BufferedOutputStream、BufferedWriter 等有缓冲的输出流，flush() 将缓冲区内容推到下层；关闭时一般会先 flush

注意

不要重复关闭已被包装的底层流——例如不要把 FileInputStream 和包装它的 BufferedInputStream 都放进 try-with-resources 并分别关闭，只关闭最外层的 BufferedInputStream 即可，否则可能导致「流已关闭」的异常或重复关闭。

---

注意事项

1. 何时使用缓冲流：对文件、网络等「每次 read/write 成本较高」的流，建议用缓冲流包装；对 ByteArrayInputStream 等已在内存中的流，包装缓冲流收益较小。
2. 输出流记得 flush：在需要立即将数据写入磁盘或网络时（如日志、协议报文），在 close() 前可显式调用 flush()；使用 try-with-resources 时，close() 会先 flush 再关闭。
3. readLine 与编码：BufferedReader 的 readLine() 依赖底层 Reader 的编码；若需指定 UTF-8 等，用 InputStreamReader 包装 FileInputStream 并传入 Charset，再包装为 BufferedReader。
4. 缓冲区大小：默认 8KB 对多数场景已足够；大文件或高吞吐时可适当增大，如 new BufferedInputStream(in, 65536)。

注意

不要在多线程中共享同一个流实例（包括缓冲流）；流通常不是线程安全的，多线程读写应使用各自独立的流或使用线程安全的 API。

---

相关链接

• 字节流 — 底层字节流 InputStream/OutputStream
• 字符流 — 底层字符流 Reader/Writer 与编码
• 异常处理 — try-with-resources 与受检异常
• NIO 简介 — Channel 与 Buffer 的现代 IO 方式
• Oracle Java 教程 - Buffered I/O