爲什麼我覺得 Java 的 IO 很複雜？
初學者覺得複雜是很正常的，歸根結底是因爲沒有理解JavaIO框架的設計思想：
可以沿着這條路想一想：
1，學IO流之前，我們寫的程序，都是在內存裏自己跟自己玩。比如，你聲明個變量，創建個數組，創建個集合，寫一個排序算法，模擬一個鏈表，使用一些常用API，現在回想一下，是不是在只是自己在內存裏玩一玩？計算機組成包括運算器，控制器，存儲器，輸入設備，輸出設備。那麼你前面的工作，僅僅夠你的程序和內存以及CPU打打交道，如果你需要操作外部設備呢？比如鍵盤，顯示器，再比如，最常見的外設：硬盤？甚至未來世界裏的每家每戶都有的機器人，“如何讓你的程序和機器人進行交互呢？”
2，所以程序設計語言必須要提供程序與外部設備交互的方式，這就是IO框架的由來。我們需要和外部設備進行數據的交互。那麼，計算機是通過什麼和外部進行交互的呢？很簡單就能想到：數據線。數據線裏傳播的是什麼呢？一個詞：比特流。比特就是bit的諧音，計算機中“位”的意思，代表0或1。1位或者1bit，就是一個0或一個1。但是，畢竟0或1不能表示什麼，所以計算機更常見的基本單位是字節，也就是用8位0或1組成的一段數據。以上是對比特流的由來做一個簡單地解釋。（比特流一詞來自於計算機網絡原理中，對物理層傳輸內容的描述：物理層（網線）中傳輸的是“比特流”，在這裏借用這個名詞代指數據的表示形式，幫助理解）上面兩段話的意思，其實是爲了下文做鋪墊，幫助理解輸入輸出最重要的概念：方向性。輸入還是輸出，是相對於程序或者說相對於內存而言的。數據從外流到內存，就是輸入（讀），數據從內存出去，就是輸出（寫）。
3，既然計算機和外界進行信息的輸入和輸出交互，用的是比特流，那麼很容易就能想到IO流名字的由來了。就是比喻輸入輸出的數據像流一樣。我們可以這麼認爲，任何外部設備與內存之間輸入輸出的操作，都是需要輸入輸出流（IO流）來完成的，這裏的IO流，指的就是比特流（或者稱字節流）。這些外部設備，包括，鍵盤（標準輸入設備），顯示器（標準輸出設備），音響，網絡上另一臺主機，甚至你玩遊戲用的遊戲手柄，以及各種各樣的信號傳感器，都可以叫做外部設備，和這些設備之間進行數據交互，顯然不可能靠之前學習的那些數組，集合，常用類，String等等來完成。而是要靠和外界數據交換的類來完成。靠什麼來進行數據交換，就是前面說的，比特流，或者說IO流類。
4，那麼，既然要學習IO流，就得針對某一個輸入輸出設備來學習。哪種輸入輸出設備最重要同時也最常見？當然是硬盤。硬盤在這裏的含義也可以理解爲文件系統。（Java程序是運行在某操作系統平臺上的應用軟件JVM上的，實際上Java程序可見的並不是硬盤，而是操作系統提供的文件系統，因此此處可直接理解爲文件系統）。因此，我們學習IO流的時候，基本上是學習的Java如何操作文件系統，除了文件系統，我們還能夠了解Java操作標準輸入輸出設備，如http://System.in和System.out。
5，知道了學習的方向，是要使用Java操作文件系統，那麼首先要學習的就是文件的表示，即File類。然後，我們要操作做文件，雖然我們大部分操作都是操作文件系統，但是要明白IO流的概念不僅僅侷限在操作文件上，前面我已經提到了，我們的編程語言是要能操作所有的輸入輸出，因此，API提供了兩個頂層抽象類，用來表示操作所有的輸出輸出：InputStream，OutputStream。並且，這兩個類表示字節的輸入輸出，因爲輸入輸出的本質是字節流。這裏注意體會一句話“字節流是最最基本的流”，這句話的由來就是因爲計算機底層傳遞的就是字節。那麼，當我們要操作文件的時候，就需要具體的對文件系統操作的IO實現類，於是我們需要學習FileInputStream和FileOutputStream，它們是文件輸入輸出字節流。這裏之所以FileInputStream/OutputStream作爲子類出現，按照面向對象思想理解就是，將來還有別的字節流來操作別的設備（比如將來需要通過操作網絡設備獲取網絡數據，再比如需要操作機器人，那麼或許就會再來個RobotInputStream和RobotOutputStream，這些新的需求也就都可以繼承這個體系）（這裏順便提一句架構設計思想，其中有一種設計原則叫“開閉原則”，其核心是：一個對象對擴展開放，對修改關閉。就是說，一旦寫好了某個類，就不要去輕易改動他，而是要保證它一直能運行下去，而面對新的功能需求時，只要在原有代碼上增加即可，而不是修改原有代碼。要做到開閉原則，就需要分清需求中未來哪些部分是穩定的，哪些是很可能變化的，而往往抽象的部分是最穩定的，把穩定的內容分離出來，就能滿足開閉原則。這就是爲什麼Java的類設計的如此之瑣碎，爲什麼我們要從繼承關係角度去理解JavaIO流的設計）
6，學了文件IO字節流之後，我們會發現原始的字節流對象用起來沒那麼高效，因爲每個讀或寫請求都由底層操作系統處理，這些請求往往會觸發磁盤訪問、網絡活動或其他一些相對昂貴的操作。不帶緩衝區的流對象，只能一個字節一個字節的讀，每次都調用底層的操作系統API，非常低效，而帶緩衝區的流對象，可以一次讀一個緩衝區，緩衝區空了纔去調用一次底層API，這就能大大提高效率。所以又有了BufferedInputStream和BufferedOutputSteam，他們的用法是把字節流對象傳入後再使用，也相當於把它倆套在了字節流的外面，給字節流裝了個“外掛”，讓基本字節流如虎添翼。
7，說到操作文件，就不得不提到文件的分類和編碼格式。文件分爲二進制文件和文本文件，二進制文件是用記事本打開後看不懂的，他們的編碼格式是特殊的，比如pdf文件，exe文件。記事本打開後人能看懂的只有純文本文件，我們處理文件（或者說處理任何的字節流），就免不了處理一些文本文件（或文本字節流）。如果是英語國家的人還好說，因爲他們是用的常用字符用一張ASCII碼錶就能表示得出來，用一個字節就能表示一個字母。但是顯然，對非英語國家的人來說，一個字節的大小無法表示他們所有的文字。因此，人們需要有能夠處理字符的類，或者說這個類提供一個功能：就是把輸入的字節轉成字符，把要輸出的字符轉成計算機可以識別的字節。所以，你需要兩個轉換流：InputStreamReader和OutputStreamWriter。這兩個類的作用分別是把字節流轉成字符流，把字符流轉成字節流。但是這兩個流需要套在現成的字節流上才能使用，當中用到的設計模式也就是常說的裝飾模式。當字節流被轉成字符流之後，恭喜你，你可以不必操作字節流了，而是可以用人類的方式read和write各種“文字”。
8，（那麼，我們爲什麼還要學習字節流？因爲字節流依然有它的作用範圍。首先，所有的流都是建立在字節流之上的，比如字符流。字節流或許可以讀任何字節，但是他處理不了Unicode（萬國碼），他處理不了Data流，Object流，也就是說，它做不了高級的事情，只能讀寫最原始的東西。字節流好比動物，能看，能聽，能汪汪叫，但是他不能讀書，不能寫字，不能理解更高級的知識。其次要注意的是，字符流只能用來處理文本文件，也就是隻能來處理字符，如果出來用來處理二進制文件，會帶來錯誤，所以處理二進制文件只能用字節流）
,9，還是回到文件系統，我們最常見的是和文件系統打交道，那麼針對如此常見的用途，讀取文本文件能不能用一種方便的方式呢？當然，大牛們替你想到並提供了。FileReader和FileWriter這兩個流對象可以直接把文件轉成讀取、寫入流。讓你省去了創建字節流，再套上轉換流的步驟。看看這類名起的，實際上很形象，xxxReader和xxxWriter，明擺着告訴你“閱讀和書寫”都是“人可以做的”也就是他們表示的是字符流。同理上面的InputStreamReader和OutputStreamWriter，表示的是把字節流轉成人可讀的，把字節流轉成人可寫的。因此他們的頂層抽象類：Reader和Writer，表示的是所有人類可讀可寫的字符流統稱。
10，同上面說的緩衝區的作用，再把Reader和Writer做成高效的，就需要BufferedReader和BufferedWriter，把它們套在Reader和Writer上，就能實現高效的字符流。
11，講到這裏，IO流的大概思想已經說的的差不多了，是不是覺得之前混亂的那些類，現在知道他們的作用和設計思想以後，稍稍清晰了許多呢？可以簡單的記，字節流是基礎，理論上可用於所有的輸入輸出場景，內容是文字的字節流可以通過轉換流轉成字符流，轉換流是字節流和字符流之間相互轉換的橋樑，把字節流轉成字符流，離不開轉換流，字符流是對於字符功能的增強可用來處理“文字”，操作文件系統應用範圍最廣，所以JDK提供了現成的FileXXX類，用來方便編程使用。
另外，還有許多類是“在內存裏自己和自己玩的”比如ByteArrayReader/Writer，PipedWriter/Reader，它們雖然也稱爲“流對象”但是他們的數據不出內存，所以它們的close()方法可有可無。以及其他帶有某些功能的類，比如序列化流，比如數據輸入輸出流，等等。
IO流對象的用法和作用大同小異，其使用環境和意義取決於具體需要，用到了再具體分析即可。
這裏主要介紹了JavaIO框架的設計思想，但具體底層實現細節，還需要學習JVM相關知識，以及微機原理和接口技術等等底層的課程。
手寫不易，覺得文章不錯可以關注公衆號「 凌晨四點的程序員 」一起學習