檔案寫入的6種方法，這種方法效能最好
阿新 • • 發佈：2020-12-22
在 Java 中操作檔案的方法本質上只有兩種：**字元流和位元組流**，而位元組流和字元流的實現類又有很多，因此在檔案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，順便測試一下它們效能，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、位元組流和字元流的定義與區別。
# 0.什麼是流？
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”就是資料，資料會從一端“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**，當程式需要從資料來源中讀入資料的時候就會開啟一個輸入流，相反，寫出資料到某個資料來源目的地的時候也會開啟一個輸出流，資料來源可以是檔案、記憶體或者網路等。
# 1.什麼是位元組流？
位元組流的基本單位為位元組（Byte），一個位元組通常為 8 位，它是用來處理二進位制（資料）的。位元組流有兩個基類：`InputStream`（輸入位元組流）和 `OutputStream`（輸出位元組流）。
常用位元組流的繼承關係圖如下圖所示：
其中 `InputStream` 用於讀操作，而 `OutputStream` 用於寫操作。
# 2.什麼是字元流？
字元流的基本單位為 Unicode，大小為兩個位元組（Byte），它通常用來處理文字資料。字元流的兩個基類：`Reader`（輸入字元流）和 `Writer`（輸出字元流）。
常用字元流的繼承關係圖如下圖所示：
# 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 根據傳輸資料單位分類
- 位元組流：`OutputStream` 和 `InputStream` 為基類。
- 字元流：`Writer` 和 `Reader` 為基類。
### ③ 根據功能分類
- 位元組流：可以從或向一個特定的地方（節點）讀寫資料。
- 處理流：是對一個已存在的流的連線和封裝，通過所封裝的流的功能呼叫實現資料讀寫。
> PS：我們通常是以傳輸資料的單位來為流進行分類。
# 4.寫檔案的6種方法
寫入檔案的方法主要源於字元流 `Writer` 和輸出位元組流 `OutputStream` 的子類，如下圖所示：
以上標註✅號的類就是用來實現檔案寫入的類，除此之外，在 JDK 1.7 中還提供了 `Files` 類用來實現對檔案的各種操作，接下來我們分別來看。
## 方法 1：FileWriter
`FileWriter` 屬於**「字元流」體系中的一員**，也是檔案寫入的基礎類，它包含 5 個建構函式，可以傳遞一個具體的檔案位置，或者 `File` 物件，第二引數表示是否要追加檔案，預設值為 `false` 表示重寫檔案內容，而非追加檔案內容（關於如何追加檔案，我們後面會講）。
`FileWriter` 類的實現如下：
```java
/**
* 方法 1：使用 FileWriter 寫檔案
* @param filepath 檔案目錄
* @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);
}
}
```
只需要傳入具體的檔案路徑和待寫入的內容即可，呼叫程式碼如下：
```java
public static void main(String[] args) {
fileWriterMethod("/Users/mac/Downloads/io_test/write1.txt", "哈嘍,Java中文社群.");
}
```
然後我們開啟寫入的檔案，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` 也屬於字元流體系的一員，與 `FileWriter` 不同的是 `BufferedWriter` **自帶緩衝區**，因此它寫入檔案的效能更高（下文會對二者進行測試）。
### 小知識點：緩衝區
緩衝區又稱為快取，它是記憶體空間的一部分。也就是說，在記憶體空間中預留了一定的儲存空間，這些儲存空間用來緩衝輸入或輸出的資料，這部分預留的空間就叫做緩衝區。
**緩衝區的優勢**
以檔案流的寫入為例，如果我們不使用緩衝區，那麼每次寫操作 CPU 都會和低速儲存裝置也就是磁碟進行互動，那麼整個寫入檔案的速度就會受制於低速的儲存裝置（磁碟）。但如果使用緩衝區的話，每次寫操作會先將資料儲存在高速緩衝區記憶體上，當緩衝區的資料到達某個閾值之後，再將檔案一次性寫入到磁碟上。因為記憶體的寫入速度遠遠大於磁碟的寫入速度，所以當有了緩衝區之後，檔案的寫入速度就被大大提升了。
瞭解了快取區的優點之後，咱們回到本文的主題，接下來我們用 `BufferedWriter` 來檔案的寫入，實現程式碼如下：
```java
/**
* 方法 2：使用 BufferedWriter 寫檔案
* @param filepath 檔案目錄
* @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);
}
}
```
呼叫程式碼和方法 1 類似，這裡就不再贅述了。
## 方法 3：PrintWriter
`PrintWriter` 也屬於字元流體系中的一員，它雖然叫“字元列印流”，但使用它也可以實現檔案的寫入，實現程式碼如下：
```java
/**
* 方法 3：使用 PrintWriter 寫檔案
* @param filepath 檔案目錄
* @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);
}
}
```
從上述程式碼可以看出，無論是 `PrintWriter` 還是 `BufferedWriter` 都必須基於 `FileWriter` 類來完成呼叫。
## 方法 4：FileOutputStream
上面 3 個示例是關於字元流寫入檔案的一些操作，而接下來我們將使用位元組流來完成檔案寫入。我們將使用 `String` 自帶的 `getBytes()` 方法先將字串轉換成二進位制檔案，然後再進行檔案寫入，它的實現程式碼如下：
```java
/**
* 方法 4：使用 FileOutputStream 寫檔案
* @param filepath 檔案目錄
* @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` 屬於位元組流體系中的一員，與 `FileOutputStream` 不同的是，它自帶了緩衝區的功能，因此效能更好，它的實現程式碼如下：
```java
/**
* 方法 5：使用 BufferedOutputStream 寫檔案
* @param filepath 檔案目錄
* @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程式碼都不同，接下來咱們就使用 JDK 7 中提供的一個新的檔案操作類 `Files` 來實現檔案的寫入。
`Files` 類是 JDK 7 新增的新的操作檔案的類，它提供了提供了大量處理檔案的方法，例如檔案複製、讀取、寫入，獲取檔案屬性、快捷遍歷檔案目錄等，這些方法極大的方便了檔案的操作，它的實現程式碼如下：
```java
/**
* 方法 6：使用 Files 寫檔案
* @param filepath 檔案目錄
* @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檔案的寫入，那哪一種方法效能更高呢？接下來我們來測試一下。
# 5.效能測試
我們先來構建一個比較大的字串，然後分別用以上 6 種方法來測試檔案寫入的速度，最後再把結果打印出來，測試程式碼如下：
```java
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();
// 存放檔案的目錄
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 寫檔案
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 寫檔案
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 寫檔案
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 寫檔案
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 寫檔案
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 寫檔案
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 寫檔案
* @param filepath 檔案目錄
* @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 寫檔案
* @param filepath 檔案目錄
* @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 寫檔案
* @param filepath 檔案目錄
* @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 寫檔案
* @param filepath 檔案目錄
* @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 寫檔案
* @param filepath 檔案目錄
* @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 寫檔案
* @param filepath 檔案目錄
* @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);
}
}
}
```
在檢視結果之前，我們先去對應的資料夾看看寫入的檔案是否正常，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 的資料，它們最終執行的結果如下圖所示：
從以上結果可以看出，字元流的操作速度最快，這是因為我們本次測試的程式碼操作的是字串，所以在使用位元組流時，需要先將字串轉換為位元組流，因此在執行效率上不佔優勢。
從上述結果可以看出，**效能最好的是帶有緩衝區的字串寫入流 `BufferedWriter`，效能最慢的是 `Files`**。
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