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文件写入的6种方法，这种方法性能最好
2021-03-13
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王磊
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实战技巧
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本文共 1,203个字，预计阅读需要 5分钟。
在 Java 中操作文件的方法本质上只有两种：**字符流和字节流**，而字节流和字符流的实现类又有很多，因此在文件写入时我们就可以选择各种各样的类来实现。我们本文就来盘点一下这些方法，顺便测试一下它们性能，以便为我们选出最优的写入方法。 在正式开始之前，我们先来了解几个基本的概念：流、字节流和字符流的定义与区别。 ### 什么是流？ Java 中的“流”是一种抽象的概念，也是一种比喻，就好比水流一样，水流是从一端流向另一端的，而在 Java 中的“水流”就是数据，数据会从一端“流向”另一端。 根据流的方向性，我们可以将流分为**输入流和输出流**，当程序需要从数据源中读入数据的时候就会开启一个输入流，相反，写出数据到某个数据源目的地的时候也会开启一个输出流，数据源可以是文件、内存或者网络等。 ### 什么是字节流？ 字节流的基本单位为字节（Byte），一个字节通常为 8 位，它是用来处理二进制（数据）的。字节流有两个基类：`InputStream`（输入字节流）和 `OutputStream`（输出字节流）。 常用字节流的继承关系图如下图所示：  其中 `InputStream` 用于读操作，而 `OutputStream` 用于写操作。 ### 2.什么是字符流？ 字符流的基本单位为 Unicode，大小为两个字节（Byte），它通常用来处理文本数据。字符流的两个基类：`Reader`（输入字符流）和 `Writer`（输出字符流）。 常用字符流的继承关系图如下图所示：  ### 3.流的分类 流可以根据不同的维度进行分类，比如可以根据流的方向进行分类，也可以根据传输的单位进行分类，还可以根据流的功能进行分类，比如以下几个。 #### ① 按流向分类 - 输出流：`OutputStream` 和 `Writer` 为基类。 - 输入流：`InputStream` 和 `Reader` 为基类。 ② 根据传输数据单位分类 - 字节流：`OutputStream` 和 `InputStream` 为基类。 - 字符流：`Writer` 和 `Reader` 为基类。 ### ③ 根据功能分类 - 字节流：可以从或向一个特定的地方（节点）读写数据。 - 处理流：是对一个已存在的流的连接和封装，通过所封装的流的功能调用实现数据读写。 > PS：我们通常是以传输数据的单位来为流进行分类。 ### 4.写文件的6种方法 写入文件的方法主要源于字符流 `Writer` 和输出字节流 `OutputStream` 的子类，如下图所示：  以上标注✅号的类就是用来实现文件写入的类，除此之外，在 JDK 1.7 中还提供了`Files` 类用来实现对文件的各种操作，接下来我们分别来看。 #### 方法 1：FileWriter `FileWriter` 属于「字符流」体系中的一员，也是文件写入的基础类，它包含 5 个构造函数，可以传递一个具体的文件位置，或者 `File` 对象，第二参数表示是否要追加文件，默认值为 `false` 表示重写文件内容，而非追加文件内容（关于如何追加文件，我们后面会讲）。  `FileWriter` 类的实现如下： ``` /** * 方法 1：使用 FileWriter 写文件 * @param filepath 文件目录 * @param content 待写入内容 * @throws IOException */ public static void fileWriterMethod(String filepath, String content) throws IOException { try (FileWriter fileWriter = new FileWriter(filepath)) { fileWriter.append(content); } } ``` 只需要传入具体的文件路径和待写入的内容即可，调用代码如下： ``` public static void main(String[] args) { fileWriterMethod("/Users/mac/Downloads/io_test/write1.txt", "哈喽,Java中文社群."); } ``` 然后我们打开写入的文件，实现结果如下：  > 关于资源释放的问题：在 JDK 7 以上的版本，我们只需要使用 try-with-resource 的方式就可以实现资源的释放，就比如使用 try (FileWriter fileWriter = new FileWriter(filepath)) {...} 就可以实现 FileWriter 资源的自动释放。 #### 方法 2：BufferedWriter `BufferedWriter` 也属于字符流体系的一员，与 `FileWriter` 不同的是 `BufferedWriter`**自带缓冲区**，因此它写入文件的性能更高（下文会对二者进行测试）。 ##### 小知识点：缓冲区 缓冲区又称为缓存，它是内存空间的一部分。也就是说，在内存空间中预留了一定的存储空间，这些存储空间用来缓冲输入或输出的数据，这部分预留的空间就叫做缓冲区。 **缓冲区的优势**以文件流的写入为例，如果我们不使用缓冲区，那么每次写操作 CPU 都会和低速存储设备也就是磁盘进行交互，那么整个写入文件的速度就会受制于低速的存储设备（磁盘）。但如果使用缓冲区的话，每次写操作会先将数据保存在高速缓冲区内存上，当缓冲区的数据到达某个阈值之后，再将文件一次性写入到磁盘上。因为内存的写入速度远远大于磁盘的写入速度，所以当有了缓冲区之后，文件的写入速度就被大大提升了。 了解了缓存区的优点之后，咱们回到本文的主题，接下来我们用 `BufferedWriter` 来文件的写入，实现代码如下： ``` /** * 方法 2：使用 BufferedWriter 写文件 * @param filepath 文件目录 * @param content 待写入内容 * @throws IOException */ public static void bufferedWriterMethod(String filepath, String content) throws IOException { try (BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(new FileWriter(filepath))) { bufferedWriter.write(content); } } ``` 调用代码和方法 1 类似，这里就不再赘述了。 #### 方法 3：PrintWriter `PrintWriter` 也属于字符流体系中的一员，它虽然叫“字符打印流”，但使用它也可以实现文件的写入，实现代码如下： ``` /** * 方法 3：使用 PrintWriter 写文件 * @param filepath 文件目录 * @param content 待写入内容 * @throws IOException */ public static void printWriterMethod(String filepath, String content) throws IOException { try (PrintWriter printWriter = new PrintWriter(new FileWriter(filepath))) { printWriter.print(content); } } ``` 从上述代码可以看出，无论是 `PrintWriter` 还是 `BufferedWriter` 都必须基于 `FileWriter` 类来完成调用。 #### 方法 4：FileOutputStream 上面 3 个示例是关于字符流写入文件的一些操作，而接下来我们将使用字节流来完成文件写入。我们将使用 `String` 自带的 `getBytes()` 方法先将字符串转换成二进制文件，然后再进行文件写入，它的实现代码如下： ``` /** * 方法 4：使用 FileOutputStream 写文件 * @param filepath 文件目录 * @param content 待写入内容 * @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` 属于字节流体系中的一员，与 `FileOutputStream` 不同的是，它自带了缓冲区的功能，因此性能更好，它的实现代码如下： ``` /** * 方法 5：使用 BufferedOutputStream 写文件 * @param filepath 文件目录 * @param content 待写入内容 * @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 接下来的操作方法和之前的代码都不同，接下来咱们就使用 JDK 7 中提供的一个新的文件操作类 `Files` 来实现文件的写入。 `Files` 类是 JDK 7 添加的新的操作文件的类，它提供了提供了大量处理文件的方法，例如文件复制、读取、写入，获取文件属性、快捷遍历文件目录等，这些方法极大的方便了文件的操作，它的实现代码如下： ``` /** * 方法 6：使用 Files 写文件 * @param filepath 文件目录 * @param content 待写入内容 * @throws IOException */ public static void filesTest(String filepath, String content) throws IOException { Files.write(Paths.get(filepath), content.getBytes()); } ``` 以上这些方法都可以实现文件的写入，那哪一种方法性能更高呢？接下来我们来测试一下。 ### 5.性能测试 我们先来构建一个比较大的字符串，然后分别用以上 6 种方法来测试文件写入的速度，最后再把结果打印出来，测试代码如下： ``` import java.io.*; import java.nio.file.Files; import java.nio.file.Paths; public class WriteExample { public static void main(String[] args) throws IOException { // 构建写入内容 StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder(); for (int i = 0; i < 1000000; i++) { stringBuilder.append("ABCDEFGHIGKLMNOPQRSEUVWXYZ"); } // 写入内容 final String content = stringBuilder.toString(); // 存放文件的目录 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 写文件 long stime1 = System.currentTimeMillis(); fileWriterTest(filepath1, content); long etime1 = System.currentTimeMillis(); System.out.println("FileWriter 写入用时:" + (etime1 - stime1)); // 方法二:使用 BufferedWriter 写文件 long stime2 = System.currentTimeMillis(); bufferedWriterTest(filepath2, content); long etime2 = System.currentTimeMillis(); System.out.println("BufferedWriter 写入用时:" + (etime2 - stime2)); // 方法三:使用 PrintWriter 写文件 long stime3 = System.currentTimeMillis(); printWriterTest(filepath3, content); long etime3 = System.currentTimeMillis(); System.out.println("PrintWriterTest 写入用时:" + (etime3 - stime3)); // 方法四:使用 FileOutputStream 写文件 long stime4 = System.currentTimeMillis(); fileOutputStreamTest(filepath4, content); long etime4 = System.currentTimeMillis(); System.out.println("FileOutputStream 写入用时:" + (etime4 - stime4)); // 方法五:使用 BufferedOutputStream 写文件 long stime5 = System.currentTimeMillis(); bufferedOutputStreamTest(filepath5, content); long etime5 = System.currentTimeMillis(); System.out.println("BufferedOutputStream 写入用时:" + (etime5 - stime5)); // 方法六:使用 Files 写文件 long stime6 = System.currentTimeMillis(); filesTest(filepath6, content); long etime6 = System.currentTimeMillis(); System.out.println("Files 写入用时:" + (etime6 - stime6)); } /** * 方法六:使用 Files 写文件 * @param filepath 文件目录 * @param content 待写入内容 * @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 写文件 * @param filepath 文件目录 * @param content 待写入内容 * @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 写文件 * @param filepath 文件目录 * @param content 待写入内容 * @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 写文件 * @param filepath 文件目录 * @param content 待写入内容 * @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 写文件 * @param filepath 文件目录 * @param content 待写入内容 * @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 写文件 * @param filepath 文件目录 * @param content 待写入内容 * @throws IOException */ private static void fileWriterTest(String filepath, String content) throws IOException { try (FileWriter fileWriter = new FileWriter(filepath)) { fileWriter.append(content); } } } ``` 在查看结果之前，我们先去对应的文件夹看看写入的文件是否正常，如下图所示：  从上述结果可以看出，每种方法都正常写入了 26 MB 的数据，它们最终执行的结果如下图所示：  从以上结果可以看出，字符流的操作速度最快，这是因为我们本次测试的代码操作的是字符串，所以在使用字节流时，需要先将字符串转换为字节流，因此在执行效率上不占优势。 从上述结果可以看出，**性能最好的是带有缓冲区的字符串写入流 BufferedWriter，性能最慢的是 Files**。 > PS：以上的测试结果只是针对字符串的操作场景有效，如果操作的是二进制的文件，那么就应该使用带缓冲区的字节流 BufferedOutputStream。 ### 6.扩展知识：内容追加 以上代码会对文件进行重写，如果只想在原有的基础上追加内容，就需要在创建写入流的时候多设置一个 `append` 的参数为 `true`，比如如果我们使用 `FileWriter` 来实现文件的追加的话，实现代码是这样的： ``` public static void fileWriterMethod(String filepath, String content) throws IOException { // 第二个 append 的参数传递一个 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`，也是需要在构建 `new FileWriter` 类时多设置一个 `append` 的参数为 `true`，实现代码如下： ``` try (BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter( new FileWriter(filepath, true))) { bufferedWriter.write(content); } ``` 相比来说 `Files` 类要想实现文件的追加写法更加特殊一些，它需要在调用 `write` 方法时多传一个 `StandardOpenOption.APPEND` 的参数，它的实现代码如下： ``` Files.write(Paths.get(filepath), content.getBytes(), StandardOpenOption.APPEND); ``` ### 7.总结 本文我们展示了 6 种写入文件的方法，这 6 种方法总共分为 3 类：字符流写入、字节流写入和 `Files` 类写入。其中操作最便利的是 `Files` 类，但它的性能不怎么好。如果对性能有要求就推荐使用带有缓存区的流来完成操作，如 `BufferedWriter` 或 `BufferedOutputStream`。如果写入的内容是字符串的话，那么推荐使用 `BufferedWriter`，如果写入的内容是二进制文件的话就推荐使用 `BufferedOutputStream`。 #### 参考 & 鸣谢 https://www.cnblogs.com/absfree/p/5415092.html