前言
編程語言的I/O類庫中常使用流這個抽象概念，它代表任何有能力產出數據的數據源對象或者是有能力接收數據的接收端對象。“流”屏蔽了實際的I/O設備中處理數據的細節。
在文章：<<Java I/O深入學習之File和RandomAccessFile>>中，我們講到RandomAccessFile可以寫入和讀取文件，具備I/O功能，但是其只能針對文件，而I/O還涉及到很多其他場景比如網絡、讀取內存中的字符串等，所以Java類庫中提供了一系列的類庫來對其進行支持，也就是本文要總結學習的。
Java類庫中的I/O類分成輸入和輸出兩部分，可以在JDK文檔里的類層次結構中查看到。通過繼承，任何自Inputstream或Reader派生而來的類都含有名為read()的基本方法，用于讀取單個字節或者字節數組。同樣，任何自OutputStream或Writer派生而來的類都含有名為write()的基本方法，用于寫單個字節或者字節數組。
但是，我們通常不會用到這些方法，它們之所以存在是因為別的類可以使用它們，以便提供更有用的接口。因此，我們很少使用單一的類來創建流對象，而是通過疊合多個對象來提供所期望的功能(這是裝飾器設計模式的應用，也有專門寫文總結過：裝飾器模式)。實際上，Java中“流”類庫讓人迷惑的主要原因就在于：創建單一的結果流，卻需要創建多個對象。
I/O需要應對的場景往往是多樣化的，Java類庫的設計者則是通過創建大量的類來解決這個難題，區區一篇文章難以詳述，本文也只是盡力對傳統I/O類庫所涉及到的類提供一個總覽，在把握整個脈絡的前提下才能更好的理解并應用I/O類庫來解決實際編程問題。如需涉及到細節，還是需要參考JDK文檔。
1. InputStream/OutputStream
Java 1.0中，類庫的設計者首先限定與輸入有關的所有類都應該從InputStream繼承，而與輸出有關的所有類都應該從OutputStream繼承。
1.1 InputStream
InputStream的作用是用來表示那些從不同數據源產生輸入的類。這些數據源包括：
- 字節數組；
- String對象；
- 文件；
- “管道”,工作方式與實際管道相似，即從一端輸入，從另一端輸出；
- 一個由其他種類的流組成的序列，以便我們可以將它們收集合并到一個流內；
- 其他數據源，如Internet連接等；
每一種數據源都有相應的InputStream子類，作為基礎構件：
- ByteArrayInputStream，允許將內存的緩沖區當作InputStream使用；
- StringBufferInputStream，將String轉換成InputStream；
- FileInputStream，用于從文件中讀取信息；
- PipedInputStream，產生用于寫入相關PipedOutputStream的數據。實現“管道化”概念；
- SequenceInputStream，將兩個或多個InputStream對象轉換成單一InputStream；
1.2 OutputStream
OutputStream的作用是表示那些可以輸出到不同數據源的類，其具體的子類決定了輸出所要去往的目標：字節數組、文件或管道，同樣是作為基礎構件：
- ByteArrayOutputStream，在內存中創建緩沖區。所有送往“流”的數據都要放置在此緩沖區；
- FileOutputStream，用于將信息寫至文件；
- PipedOutputStream，任何寫入其中的信息都會自動作為相關PipedInputStream的輸出，實現“管道化”概念；
1.3 裝飾器
除了有上面的基礎構件，還有兩個子類：FilterInputStream/FilterOutputStream，也是InputStream和OutputStream的子類，它們為“裝飾器”(decorator)類提供基類，其中，“裝飾器”類可以把屬性或有用的接口與基礎構件連接在一起。因為上面提到的InputStream/OutputStream是單字節為單位來操作的，而真實的I/O場景遠不止于此，所以就通過“裝飾”(其原理是類之間的組合)的方式來擴展其功能。
我自己梳理了一下InputStream/OutputStream流繼承層次結構，結合下面的解釋來看可以對字節流體系有一個更清晰的認識：
1.3.1 FilterInputStream
FilterInputStream類主要有如下子類，也就是具體裝飾器：
- DataInputStream；
- BufferedInputStream；
- LineNumberInputStream；
其提供的裝飾功能主要在兩個方面：
- 讀取不同的基本類型數據以及String對象，比如DataInputStream；
- 在內部修改InputStream的行為方式：是否緩沖、是否保留它所讀過的行，如BuffereInputStream、LineNumberInputStream；
1.3.2 FilterOutputStream
與FilterInputStream類似，FilterOutputStream主要是完成寫入的功能，主要有如下裝飾器：
- DataOutputStream，與DataInputStream搭配使用，因此可以按照可移植方式向流中寫入基本類型數據(int、char、long)；
- PrintStream，用于產生格式化輸出。其中DataOutputStream處理數據的存儲，PrintStream處理顯示；
- BufferedOutputStream，使用它以避免每次發送數據時都要進行實際的寫操作。代表“使用緩沖區”。可以調用flush()清空緩沖區；
2. Writer/Reader
InputStream和OutputStream是提供面向字節形式的I/O，但是InputStream/OutputStream流繼承層次結構僅支持8位字節流，并且不能很好地處理16位的Unicode字符。由于Unicode用于字符國際化(Java本身的char也是16位的Unicode)，所以添加Reader/Writer繼承層次結構就是為了在所有的I/O操作中都支持Unicode。
幾乎所有原始的Java I/O流類都有相應的Reader和Writer類來提供天然的Unicode操作，我們可以對比一下：
我們發現大體上，這兩個不同的繼承層次結構中的接口即使不能完全相同，但是也是非常相似的。
對于InputStream和OutputStream來說，我們會使用FilterInputStream和FilterOutputStream的裝飾器子類來修改“流”以滿足特殊需要。Reader/Writer的類繼承層次結構繼續沿用相同的思想，但是又并不完全采用上面說到的裝飾器模式。如下是自己梳理的Reader/Writer繼承層次結構：
與前面的I/O繼承層次結構圖相對比可以發現，盡管BufferedOutputStream是FilterOutputStream的子類，但是BufferedWriter并不是FilterWriter的子類(FilterWriter是抽象類，但是沒有任何子類，僅僅是作為一個占位符)。
2.1 適配器
有時我們必須把來自于“字節”層次結構中的類和“字符”層次結構中的類結合起來使用。為了實現這個目的，要用到“適配器”(adapter)類：InputStreamReader可以把InputStream轉換為Reader，而OutputStreamWriter可以把OutputStream轉換為Writer。
3. 總結
- I/O需要應對的場景往往是多樣化的，Java類庫的設計者通過創建大量的類來解決這個難題，在實際使用中，通過裝飾器模式避免“類爆炸”，但類的數量還是不少，這也是Java中“流”類庫讓人迷惑的主要原因；
- InputStream和OutputStream是提供面向字節形式的I/O，而Reader和Writer則提供兼容Unicode與面向字符的IO功能；
- 如果需要把字節流和字符流結合起來使用，可以使用適配器進行轉換，InputStreamReader可以把InputStream轉換為Reader，而OutputStreamWriter可以把OutputStream轉換為Writer；
本文主要是梳理了傳統I/O流的類繼承層次結構，包括字節流(InputStream/OutputStream)和字符流(Writer/Reader)，并沒有一開始就一頭扎進I/O類庫的海洋中，主要是希望通過這種方式能夠對整個I/O體系有一個清晰的認識，這對于進一步的學習可以有更明確的指導作用，下文會針對一些I/O的的典型使用方式進行總結。
以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
