在 Java 中操作文件的方法本質上只有兩種：字符流和字節流，而字節流和字符流的實現類又有很多，因此在文件寫入時我們就可以選擇各種各樣的類來實現。我們本文就來盤點一下這些方法，順便測試一下它們性能，以便為我們選出最優的寫入方法。
在正式開始之前，我們先來了解幾個基本的概念：流、字節流和字符流的定義與區別。
0.什么是流?
Java 中的“流”是一種抽象的概念，也是一種比喻，就好比水流一樣，水流是從一端流向另一端的，而在 Java 中的“水流”就是數據，數據會從一端“流向”另一端。
根據流的方向性，我們可以將流分為輸入流和輸出流，當程序需要從數據源中讀入數據的時候就會開啟一個輸入流，相反，寫出數據到某個數據源目的地的時候也會開啟一個輸出流，數據源可以是文件、內存或者網絡等。
1.什么是字節流?
字節流的基本單位為字節(Byte)，一個字節通常為 8 位，它是用來處理二進制(數據)的。字節流有兩個基類：InputStream(輸入字節流)和 OutputStream(輸出字節流)。
常用字節流的繼承關系圖如下圖所示：
其中 InputStream 用於讀操作，而 OutputStream 用於寫操作。
2.什么是字符流?
字符流的基本單位為 Unicode，大小為兩個字節(Byte)，它通常用來處理文本數據。字符流的兩個基類：Reader(輸入字符流)和 Writer(輸出字符流)。
常用字符流的繼承關系圖如下圖所示：
3.流的分類
流可以根據不同的維度進行分類，比如可以根據流的方向進行分類，也可以根據傳輸的單位進行分類，還可以根據流的功能進行分類，比如以下幾個。
① 按流向分類
- 輸出流：OutputStream 和 Writer 為基類。
- 輸入流：InputStream 和 Reader 為基類。
② 根據傳輸數據單位分類
- 字節流：OutputStream 和 InputStream 為基類。
- 字符流：Writer 和 Reader 為基類。
③ 根據功能分類
- 字節流：可以從或向一個特定的地方(節點)讀寫數據。
- 處理流：是對一個已存在的流的連接和封裝，通過所封裝的流的功能調用實現數據讀寫。
PS：我們通常是以傳輸數據的單位來為流進行分類。
4.寫文件的6種方法
寫入文件的方法主要源於字符流 Writer 和輸出字節流 OutputStream 的子類，如下圖所示：
以上標注✅號的類就是用來實現文件寫入的類，除此之外，在 JDK 1.7 中還提供了 Files 類用來實現對文件的各種操作，接下來我們分別來看。
方法 1：FileWriter
FileWriter 屬於「字符流」體系中的一員，也是文件寫入的基礎類，它包含 5 個構造函數，可以傳遞一個具體的文件位置，或者 File 對象，第二參數表示是否要追加文件，默認值為 false 表示重寫文件內容，而非追加文件內容(關於如何追加文件，我們后面會講)。
FileWriter 類的實現如下：
/** * 方法 1：使用 FileWriter 寫文件 * @param filepath 文件目錄 * @param content 待寫入內容 * @throws IOException */ public static void fileWriterMethod(String filepath, String content) throws IOException { try (FileWriter fileWriter = new FileWriter(filepath)) { fileWriter.append(content); } }
只需要傳入具體的文件路徑和待寫入的內容即可，調用代碼如下：
public static void main(String[] args) { fileWriterMethod("/Users/mac/Downloads/io_test/write1.txt", "哈嘍,Java中文社群."); }
然后我們打開寫入的文件，實現結果如下：
- 關於資源釋放的問題：在 JDK 7 以上的版本，我們只需要使用 try-with-resource 的方式就可以實現資源的釋放，就比如使用 try (FileWriter fileWriter = new FileWriter(filepath)) {...} 就可以實現 FileWriter 資源的自動釋放。
方法 2：BufferedWriter
BufferedWriter 也屬於字符流體系的一員，與 FileWriter 不同的是 BufferedWriter自帶緩沖區，因此它寫入文件的性能更高(下文會對二者進行測試)。
小知識點：緩沖區
緩沖區又稱為緩存，它是內存空間的一部分。也就是說，在內存空間中預留了一定的存儲空間，這些存儲空間用來緩沖輸入或輸出的數據，這部分預留的空間就叫做緩沖區。
緩沖區的優勢
以文件流的寫入為例，如果我們不使用緩沖區，那么每次寫操作 CPU 都會和低速存儲設備也就是磁盤進行交互，那么整個寫入文件的速度就會受制於低速的存儲設備(磁盤)。但如果使用緩沖區的話，每次寫操作會先將數據保存在高速緩沖區內存上，當緩沖區的數據到達某個閾值之后，再將文件一次性寫入到磁盤上。因為內存的寫入速度遠遠大於磁盤的寫入速度，所以當有了緩沖區之后，文件的寫入速度就被大大提升了。
了解了緩存區的優點之后，咱們回到本文的主題，接下來我們用 BufferedWriter 來文件的寫入，實現代碼如下：
/** * 方法 2：使用 BufferedWriter 寫文件 * @param filepath 文件目錄 * @param content 待寫入內容 * @throws IOException */ public static void bufferedWriterMethod(String filepath, String content) throws IOException { try (BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(new FileWriter(filepath))) { bufferedWriter.write(content); } }
調用代碼和方法 1 類似，這里就不再贅述了。
方法 3：PrintWriter
PrintWriter 也屬於字符流體系中的一員，它雖然叫“字符打印流”，但使用它也可以實現文件的寫入，實現代碼如下：
/** * 方法 3：使用 PrintWriter 寫文件 * @param filepath 文件目錄 * @param content 待寫入內容 * @throws IOException */ public static void printWriterMethod(String filepath, String content) throws IOException { try (PrintWriter printWriter = new PrintWriter(new FileWriter(filepath))) { printWriter.print(content); } }
從上述代碼可以看出，無論是 PrintWriter 還是 BufferedWriter 都必須基於 FileWriter 類來完成調用。
方法 4：FileOutputStream
上面 3 個示例是關於字符流寫入文件的一些操作，而接下來我們將使用字節流來完成文件寫入。我們將使用 String 自帶的 getBytes() 方法先將字符串轉換成二進制文件，然后再進行文件寫入，它的實現代碼如下：
/** * 方法 4：使用 FileOutputStream 寫文件 * @param filepath 文件目錄 * @param content 待寫入內容 * @throws IOException */ public static void fileOutputStreamMethod(String filepath, String content) throws IOException { try (FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(filepath)) { byte[] bytes = content.getBytes(); fileOutputStream.write(bytes); } }
方法 5：BufferedOutputStream
BufferedOutputStream 屬於字節流體系中的一員，與 FileOutputStream 不同的是，它自帶了緩沖區的功能，因此性能更好，它的實現代碼如下：
/** * 方法 5：使用 BufferedOutputStream 寫文件 * @param filepath 文件目錄 * @param content 待寫入內容 * @throws IOException */ public static void bufferedOutputStreamMethod(String filepath, String content) throws IOException { try (BufferedOutputStream bufferedOutputStream = new BufferedOutputStream( new FileOutputStream(filepath))) { bufferedOutputStream.write(content.getBytes()); } }
方法 6：Files
接下來的操作方法和之前的代碼都不同，接下來咱們就使用 JDK 7 中提供的一個新的文件操作類 Files 來實現文件的寫入。
Files 類是 JDK 7 添加的新的操作文件的類，它提供了提供了大量處理文件的方法，例如文件復制、讀取、寫入，獲取文件屬性、快捷遍歷文件目錄等，這些方法極大的方便了文件的操作，它的實現代碼如下：
/** * 方法 6：使用 Files 寫文件 * @param filepath 文件目錄 * @param content 待寫入內容 * @throws IOException */ public static void filesTest(String filepath, String content) throws IOException { Files.write(Paths.get(filepath), content.getBytes()); }
以上這些方法都可以實現文件的寫入，那哪一種方法性能更高呢?接下來我們來測試一下。
5.性能測試
我們先來構建一個比較大的字符串，然后分別用以上 6 種方法來測試文件寫入的速度，最后再把結果打印出來，測試代碼如下：
import java.io.*; import java.nio.file.Files; import java.nio.file.Paths; public class WriteExample { public static void main(String[] args) throws IOException { // 構建寫入內容 StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder(); for (int i = 0; i < 1000000; i++) { stringBuilder.append("ABCDEFGHIGKLMNOPQRSEUVWXYZ"); } // 寫入內容 final String content = stringBuilder.toString(); // 存放文件的目錄 final String filepath1 = "/Users/mac/Downloads/io_test/write1.txt"; final String filepath2 = "/Users/mac/Downloads/io_test/write2.txt"; final String filepath3 = "/Users/mac/Downloads/io_test/write3.txt"; final String filepath4 = "/Users/mac/Downloads/io_test/write4.txt"; final String filepath5 = "/Users/mac/Downloads/io_test/write5.txt"; final String filepath6 = "/Users/mac/Downloads/io_test/write6.txt"; // 方法一:使用 FileWriter 寫文件 long stime1 = System.currentTimeMillis(); fileWriterTest(filepath1, content); long etime1 = System.currentTimeMillis(); System.out.println("FileWriter 寫入用時:" + (etime1 - stime1)); // 方法二:使用 BufferedWriter 寫文件 long stime2 = System.currentTimeMillis(); bufferedWriterTest(filepath2, content); long etime2 = System.currentTimeMillis(); System.out.println("BufferedWriter 寫入用時:" + (etime2 - stime2)); // 方法三:使用 PrintWriter 寫文件 long stime3 = System.currentTimeMillis(); printWriterTest(filepath3, content); long etime3 = System.currentTimeMillis(); System.out.println("PrintWriterTest 寫入用時:" + (etime3 - stime3)); // 方法四:使用 FileOutputStream 寫文件 long stime4 = System.currentTimeMillis(); fileOutputStreamTest(filepath4, content); long etime4 = System.currentTimeMillis(); System.out.println("FileOutputStream 寫入用時:" + (etime4 - stime4)); // 方法五:使用 BufferedOutputStream 寫文件 long stime5 = System.currentTimeMillis(); bufferedOutputStreamTest(filepath5, content); long etime5 = System.currentTimeMillis(); System.out.println("BufferedOutputStream 寫入用時:" + (etime5 - stime5)); // 方法六:使用 Files 寫文件 long stime6 = System.currentTimeMillis(); filesTest(filepath6, content); long etime6 = System.currentTimeMillis(); System.out.println("Files 寫入用時:" + (etime6 - stime6)); } /** * 方法六:使用 Files 寫文件 * @param filepath 文件目錄 * @param content 待寫入內容 * @throws IOException */ private static void filesTest(String filepath, String content) throws IOException { Files.write(Paths.get(filepath), content.getBytes()); } /** * 方法五:使用 BufferedOutputStream 寫文件 * @param filepath 文件目錄 * @param content 待寫入內容 * @throws IOException */ private static void bufferedOutputStreamTest(String filepath, String content) throws IOException { try (BufferedOutputStream bufferedOutputStream = new BufferedOutputStream( new FileOutputStream(filepath))) { bufferedOutputStream.write(content.getBytes()); } } /** * 方法四:使用 FileOutputStream 寫文件 * @param filepath 文件目錄 * @param content 待寫入內容 * @throws IOException */ private static void fileOutputStreamTest(String filepath, String content) throws IOException { try (FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(filepath)) { byte[] bytes = content.getBytes(); fileOutputStream.write(bytes); } } /** * 方法三:使用 PrintWriter 寫文件 * @param filepath 文件目錄 * @param content 待寫入內容 * @throws IOException */ private static void printWriterTest(String filepath, String content) throws IOException { try (PrintWriter printWriter = new PrintWriter(new FileWriter(filepath))) { printWriter.print(content); } } /** * 方法二:使用 BufferedWriter 寫文件 * @param filepath 文件目錄 * @param content 待寫入內容 * @throws IOException */ private static void bufferedWriterTest(String filepath, String content) throws IOException { try (BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(new FileWriter(filepath))) { bufferedWriter.write(content); } } /** * 方法一:使用 FileWriter 寫文件 * @param filepath 文件目錄 * @param content 待寫入內容 * @throws IOException */ private static void fileWriterTest(String filepath, String content) throws IOException { try (FileWriter fileWriter = new FileWriter(filepath)) { fileWriter.append(content); } } }
在查看結果之前，我們先去對應的文件夾看看寫入的文件是否正常，如下圖所示：
從上述結果可以看出，每種方法都正常寫入了 26 MB 的數據，它們最終執行的結果如下圖所示：
從以上結果可以看出，字符流的操作速度最快，這是因為我們本次測試的代碼操作的是字符串，所以在使用字節流時，需要先將字符串轉換為字節流，因此在執行效率上不占優勢。
從上述結果可以看出，性能最好的是帶有緩沖區的字符串寫入流 BufferedWriter，性能最慢的是 Files。
PS：以上的測試結果只是針對字符串的操作場景有效，如果操作的是二進制的文件，那么就應該使用帶緩沖區的字節流 BufferedOutputStream。
6.擴展知識：內容追加
以上代碼會對文件進行重寫，如果只想在原有的基礎上追加內容，就需要在創建寫入流的時候多設置一個 append 的參數為 true，比如如果我們使用 FileWriter 來實現文件的追加的話，實現代碼是這樣的：
public static void fileWriterMethod(String filepath, String content) throws IOException { // 第二個 append 的參數傳遞一個 true = 追加文件的意思 try (FileWriter fileWriter = new FileWriter(filepath, true)) { fileWriter.append(content); } }
如果使用的是 BufferedWriter 或 PrintWriter，也是需要在構建 new FileWriter 類時多設置一個 append 的參數為 true，實現代碼如下：
try (BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter( new FileWriter(filepath, true))) { bufferedWriter.write(content); }
相比來說 Files 類要想實現文件的追加寫法更加特殊一些，它需要在調用 write 方法時多傳一個 StandardOpenOption.APPEND 的參數，它的實現代碼如下：
Files.write(Paths.get(filepath), content.getBytes(), StandardOpenOption.APPEND);
7.總結
本文我們展示了 6 種寫入文件的方法，這 6 種方法總共分為 3 類：字符流寫入、字節流寫入和 Files 類寫入。其中操作最便利的是 Files 類，但它的性能不怎么好。如果對性能有要求就推薦使用帶有緩存區的流來完成操作，如 BufferedWriter 或 BufferedOutputStream。如果寫入的內容是字符串的話，那么推薦使用 BufferedWriter，如果寫入的內容是二進制文件的話就推薦使用 BufferedOutputStream。