文件写入的6种方法，这种方法性能最好
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2020-12-31 11:37
作者 | 王磊
来源 | Java中文社群（ID：javacn666）
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。
0.什么是流？
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。
1.什么是字节流？
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
