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title: Java 转换流：Java 字节流和字符流的桥梁
shortTitle: 转换流
category:
  - Java核心
tag:
  - Java IO
description: 本文详细介绍了 Java 转换流在 IO 操作中的重要作用，阐述了其如何有效地将字节流与字符流相互转换。同时，文章还提供了转换流的实际应用示例和常用方法。阅读本文，将帮助您更深入地了解 Java 转换流及其在 Java 编程中的关键地位，提高数据处理的灵活性和效率。
head:
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    - name: keywords
      content: Java,Java IO,转换流,InputStreamReader,OutputStreamWriter,乱码,编码,解码,java转换流
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转换流可以将一个[字节流](https://javabetter.cn/io/stream.html)包装成[字符流](https://javabetter.cn/io/reader-writer.html)，或者将一个字符流包装成字节流。这种转换通常用于处理文本数据，如读取文本文件或将数据从网络传输到应用程序。

转换流主要有两种类型：InputStreamReader 和 OutputStreamWriter。

InputStreamReader 将一个字节输入流转换为一个字符输入流，而 OutputStreamWriter 将一个字节输出流转换为一个字符输出流。它们使用指定的字符集将字节流和字符流之间进行转换。常用的字符集包括 UTF-8、GBK、ISO-8859-1 等。

![二哥的 Java 进阶之路：字节流字符流](https://cdn.paicoding.com/studymore/char-byte-20230322165959.png)

### 01、编码和解码

在计算机中，数据通常以二进制形式存储和传输。

- 编码就是将原始数据（比如说文本、图像、视频、音频等）转换为二进制形式。
- 解码就是将二进制数据转换为原始数据，是一个反向的过程。

常见的编码和解码方式有很多，举几个例子：

- ASCII 编码和解码：在计算机中，常常使用 ASCII 码来表示字符，如键盘上的字母、数字和符号等。例如，字母 A 对应的 ASCII 码是 65，字符 + 对应的 ASCII 码是 43。
- Unicode 编码和解码：Unicode 是一种字符集，支持多种语言和字符集。在计算机中，Unicode 可以使用 UTF-8、UTF-16 等编码方式将字符转换为二进制数据进行存储和传输。
- Base64 编码和解码：Base64 是一种将二进制数据转换为 ASCII 码的编码方式。它将 3 个字节的二进制数据转换为 4 个 ASCII 字符，以便在网络传输中使用。例如，将字符串 "Hello, world!" 进行 Base64 编码后，得到的结果是 "SGVsbG8sIHdvcmxkIQ=="。
- 图像编码和解码：在图像处理中，常常使用 JPEG、PNG、GIF 等编码方式将图像转换为二进制数据进行存储和传输。在解码时，可以将二进制数据转换为图像，以便显示或处理。
- 视频编码和解码：在视频处理中，常常使用 H.264、AVC、MPEG-4 等编码方式将视频转换为二进制数据进行存储和传输。在解码时，可以将二进制数据转换为视频，以便播放或处理。

简单一点说就是：

- 编码：字符(能看懂的)-->字节(看不懂的)
- 解码：字节(看不懂的)-->字符(能看懂的)

我用代码来表示一下：

```java
String str = "沉默王二";
String charsetName = "UTF-8";

// 编码
byte[] bytes = str.getBytes(Charset.forName(charsetName));
System.out.println("编码: " + bytes);

// 解码
String decodedStr = new String(bytes, Charset.forName(charsetName));
System.out.println("解码: " + decodedStr);
```

在这个示例中，首先定义了一个字符串变量 str 和一个字符集名称 charsetName。然后，使用 `Charset.forName()` 方法获取指定字符集的 Charset 对象。接着，使用字符串的 getBytes() 方法将字符串编码为指定字符集的字节数组。最后，使用 `new String()` 方法将字节数组解码为字符串。

需要注意的是，在编码和解码过程中，要保证使用相同的字符集，以便正确地转换数据。

### 02、字符集

Charset：字符集，是一组字符的集合，每个字符都有一个唯一的编码值，也称为码点。

常见的字符集包括 ASCII、Unicode 和 GBK，而 Unicode 字符集包含了多种编码方式，比如说 UTF-8、UTF-16。

![](https://cdn.paicoding.com/studymore/char-byte-20230322174312.png)

#### **ASCII 字符集**

ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准代码）字符集是一种最早的字符集，包含 128 个字符，其中包括控制字符、数字、英文字母以及一些标点符号。ASCII 字符集中的每个字符都有一个唯一的 7 位二进制编码（由 0 和 1 组成），可以表示为十进制数或十六进制数。

ASCII 编码方式是一种固定长度的编码方式，每个字符都使用 7 位二进制编码来表示。ASCII 编码只能表示英文字母、数字和少量的符号，不能表示其他语言的文字和符号，因此在全球范围内的应用受到了很大的限制。

#### Unicode 字符集

Unicode 包含了世界上几乎所有的字符，用于表示人类语言、符号和表情等各种信息。Unicode 字符集中的每个字符都有一个唯一的码点（code point），用于表示该字符在字符集中的位置，可以用十六进制数表示。

为了在计算机中存储和传输 Unicode 字符集中的字符，需要使用一种编码方式。UTF-8、UTF-16 和 UTF-32 都是 Unicode 字符集的编码方式，用于将 Unicode 字符集中的字符转换成字节序列，以便于存储和传输。它们的差别在于使用的字节长度不同。

- UTF-8 是一种可变长度的编码方式，对于 ASCII 字符（码点范围为 `0x00~0x7F`），使用一个字节表示，对于其他 Unicode 字符，使用两个、三个或四个字节表示。UTF-8 编码方式被广泛应用于互联网和计算机领域，因为它可以有效地压缩数据，适用于网络传输和存储。
- UTF-16 是一种固定长度的编码方式，对于基本多语言平面（Basic Multilingual Plane，Unicode 字符集中的一个码位范围，包含了世界上大部分常用的字符，总共包含了超过 65,000 个码位）中的字符（码点范围为 `0x0000~0xFFFF`），使用两个字节表示，对于其他 Unicode 字符，使用四个字节表示。
- UTF-32 是一种固定长度的编码方式，对于所有 Unicode 字符，使用四个字节表示。

#### GBK 字符集

GBK 包含了 GB2312 字符集中的字符，同时还扩展了许多其他汉字字符和符号，共收录了 21,913 个字符。GBK 采用双字节编码方式，每个汉字占用 2 个字节，其中高字节和低字节都使用了 8 位，因此 GBK 编码共有 `2^16=65536` 种可能的编码，其中大部分被用于表示汉字字符。

GBK 编码是一种变长的编码方式，对于 ASCII 字符（码位范围为 0x00 到 0x7F），使用一个字节表示，对于其他字符，使用两个字节表示。GBK 编码中的每个字节都可以采用 0x81 到 0xFE 之间的任意一个值，因此可以表示 `2^15=32768` 个字符。为了避免与 ASCII 码冲突，GBK 编码的第一个字节采用了 0x81 到 0xFE 之间除了 0x7F 的所有值，第二个字节采用了 0x40 到 0x7E 和 0x80 到 0xFE 之间的所有值，共 94 个值。

GB2312 的全名是《信息交换用汉字编码字符集基本集》，也被称为“国标码”。采用了双字节编码方式，每个汉字占用 2 个字节，其中高字节和低字节都使用了 8 位，因此 GB2312 编码共有 `2^16=65536` 种可能的编码，其中大部分被用于表示汉字字符。GB2312 编码中的每个字节都可以采用 0xA1 到 0xF7 之间的任意一个值，因此可以表示 126 个字符。

GB2312 是一个较为简单的字符集，只包含了常用的汉字和符号，因此对于一些较为罕见的汉字和生僻字，GB2312 不能满足需求，现在已经逐渐被 GBK、GB18030 等字符集所取代。

GB18030 是最新的中文码表。收录汉字 70244 个，采用多字节编码，每个字可以由 1 个、2 个或 4 个字节组成。支持中国国内少数民族的文字，同时支持繁体汉字以及日韩汉字等。

### 03、乱码

当使用不同的编码方式读取或者写入文件时，就会出现乱码问题，来看示例。

```java
String s = "沉默王二！";

try {
    // 将字符串按GBK编码方式保存到文件中
    OutputStreamWriter out = new OutputStreamWriter(
            new FileOutputStream("logs/test_utf8.txt"), "GBK");
    out.write(s);
    out.close();

    FileReader fileReader = new FileReader("logs/test_utf8.txt");
    int read;
    while ((read = fileReader.read()) != -1) {
        System.out.print((char)read);
    }
    fileReader.close();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}
```

在上面的示例代码中，首先定义了一个包含中文字符的字符串，然后将该字符串按 GBK 编码方式保存到文件中，接着将文件按默认编码方式（UTF-8）读取，并显示内容。此时就会出现乱码问题，显示为“��Ĭ������”。

这是因为文件中的 GBK 编码的字符在使用 UTF-8 编码方式解析时无法正确解析，从而导致出现乱码问题。

那如何才能解决乱码问题呢？

这就引出我们今天的主角了——转换流。

### 04、InputStreamReader

`java.io.InputStreamReader` 是 Reader 类的子类。它的作用是将字节流（InputStream）转换为字符流（Reader），同时支持指定的字符集编码方式，从而实现字符流与字节流之间的转换。

#### 1）构造方法

- `InputStreamReader(InputStream in)`: 创建一个使用默认字符集的字符流。
- `InputStreamReader(InputStream in, String charsetName)`: 创建一个指定字符集的字符流。

代码示例如下：

```java
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream("in.txt"));
InputStreamReader isr2 = new InputStreamReader(new FileInputStream("in.txt") , "GBK");
```

#### 2）解决编码问题

下面是一个使用 InputStreamReader 解决乱码问题的示例代码：

```java
String s = "沉默王二！";

try {
    // 将字符串按GBK编码方式保存到文件中
    OutputStreamWriter outUtf8 = new OutputStreamWriter(
            new FileOutputStream("logs/test_utf8.txt"), "GBK");
    outUtf8.write(s);
    outUtf8.close();

    // 将字节流转换为字符流，使用GBK编码方式
    InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream("logs/test_utf8.txt"), "GBK");
    // 读取字符流
    int c;
    while ((c = isr.read()) != -1) {
        System.out.print((char) c);
    }
    isr.close();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}
```

由于使用了 InputStreamReader 对字节流进行了编码方式的转换，因此在读取字符流时就可以正确地解析出中文字符，避免了乱码问题。

### 05、OutputStreamWriter

`java.io.OutputStreamWriter` 是 Writer 的子类，字面看容易误以为是转为字符流，其实是将字符流转换为字节流，是字符流到字节流的桥梁。

- `OutputStreamWriter(OutputStream in)`: 创建一个使用默认字符集的字符流。
- `OutputStreamWriter(OutputStream in, String charsetName)`：创建一个指定字符集的字符流。

代码示例如下：

```java
OutputStreamWriter isr = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("a.txt"));
OutputStreamWriter isr2 = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("b.txt") , "GBK");
```

通常为了提高读写效率，我们会在转换流上再加一层[缓冲流](https://javabetter.cn/io/buffer.html)，来看代码示例：

```java
try {
    // 从文件读取字节流，使用UTF-8编码方式
    FileInputStream fis = new FileInputStream("test.txt");
    // 将字节流转换为字符流，使用UTF-8编码方式
    InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis, "UTF-8");
    // 使用缓冲流包装字符流，提高读取效率
    BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
    // 创建输出流，使用UTF-8编码方式
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt");
    // 将输出流包装为转换流，使用UTF-8编码方式
    OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(fos, "UTF-8");
    // 使用缓冲流包装转换流，提高写入效率
    BufferedWriter bw = new BufferedWriter(osw);

    // 读取输入文件的每一行，写入到输出文件中
    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) {
        bw.write(line);
        bw.newLine(); // 每行结束后写入一个换行符
    }

    // 关闭流
    br.close();
    bw.close();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}
```

在上面的示例代码中，首先使用 FileInputStream 从文件中读取字节流，使用 UTF-8 编码方式进行读取。然后，使用 InputStreamReader 将字节流转换为字符流，使用 UTF-8 编码方式进行转换。接着，使用 BufferedReader 包装字符流，提高读取效率。然后，创建 FileOutputStream 用于输出文件，使用 UTF-8 编码方式进行创建。接着，使用 OutputStreamWriter 将输出流转换为字符流，使用 UTF-8 编码方式进行转换。最后，使用 BufferedWriter 包装转换流，提高写入效率。

### 06、小结

InputStreamReader 和 OutputStreamWriter 是将字节流转换为字符流或者将字符流转换为字节流。通常用于解决字节流和字符流之间的转换问题，可以将字节流以指定的字符集编码方式转换为字符流，或者将字符流以指定的字符集编码方式转换为字节流。

InputStreamReader 类的常用方法包括：

- `read()`：从输入流中读取一个字符的数据。
- `read(char[] cbuf, int off, int len)`：从输入流中读取 len 个字符的数据到指定的字符数组 cbuf 中，从 off 位置开始存放。
- `ready()`：返回此流是否已准备好读取。
- `close()`：关闭输入流。

OutputStreamWriter 类的常用方法包括：

- `write(int c)`：向输出流中写入一个字符的数据。
- `write(char[] cbuf, int off, int len)`：向输出流中写入指定字符数组 cbuf 中的 len 个字符，从 off 位置开始。
- `flush()`：将缓冲区的数据写入输出流中。
- `close()`：关闭输出流。

在使用转换流时，需要指定正确的字符集编码方式，否则可能会导致数据读取或写入出现乱码。

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