Java 学习（四）I/O 和文件操作 Lambda 表达式

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Java 是一门面向对象的编程语言，在实现系统功能时，我们常常需要处理输入输出（I/O）操作及文件读写，同时，Java 8 引入的 Lambda 表达式和函数式编程则提供了更简洁高效的编程方式。本文将深入探讨 Java 的 I/O 和文件操作以及 Lambda 表达式与函数式编程的核心概念与应用。

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1. Java I/O 和文件操作

在开发 Java 程序时，常常需要读取或写入数据，这就涉及到 I/O 操作。Java 提供了丰富的 I/O API 来支持文件操作和流的处理，包括字符流和字节流。

1.1 Java I/O 基本概念

Java 的 I/O 体系主要分为两类：

• 字节流：以字节为单位处理数据，适用于所有类型的数据，包括图片、音频等。
• 字符流：以字符为单位处理数据，适用于文本数据。

字节流类：InputStream 和 OutputStream 及其实现类。 字符流类：Reader 和 Writer 及其实现类。

1.2 常用 I/O 类和接口

• FileInputStream：字节输入流，用于读取文件中的字节数据。
• FileOutputStream：字节输出流，用于将数据写入文件。
• FileReader：字符输入流，用于读取文件中的字符数据。
• FileWriter：字符输出流，用于将字符数据写入文件。

1.3 文件读取与写入：字节流操作

示例：使用 FileInputStream 和 FileOutputStream

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;public class ByteStreamExample {public static void main(String[] args) {String sourceFile = "source.txt";String destinationFile = "destination.txt";try (FileInputStream fis = new FileInputStream(sourceFile);FileOutputStream fos = new FileOutputStream(destinationFile)) {int byteData;while ((byteData = fis.read()) != -1) {fos.write(byteData);  // 将字节写入目标文件}System.out.println("File copied successfully!");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

解释：

• FileInputStream 用于从源文件读取字节。
• FileOutputStream 用于将字节写入目标文件。
• 使用 try-with-resources 语法，自动关闭流。

1.4 文件读取与写入：字符流操作

示例：使用 FileReader 和 FileWriter

import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;public class CharStreamExample {public static void main(String[] args) {String sourceFile = "source.txt";String destinationFile = "destination.txt";try (FileReader fr = new FileReader(sourceFile);FileWriter fw = new FileWriter(destinationFile)) {int charData;while ((charData = fr.read()) != -1) {fw.write(charData);  // 将字符写入目标文件}System.out.println("File copied successfully!");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

解释：

• FileReader 用于从源文件读取字符。
• FileWriter 用于将字符写入目标文件。
• 同样使用了 try-with-resources 来自动关闭流。

1.5 使用 NIO 进行文件操作（Java 7+）

Java 7 引入了 NIO（New I/O），提供了更高效、更灵活的文件和数据处理方式。我们可以使用 Files 类简化文件操作。

示例：使用 NIO 进行文件复制

import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;public class NIOExample {public static void main(String[] args) {Path sourcePath = Paths.get("source.txt");Path destinationPath = Paths.get("destination.txt");try {Files.copy(sourcePath, destinationPath);  // 使用 NIO 进行文件复制System.out.println("File copied successfully using NIO!");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

解释：

• Files.copy 是 NIO 中的一种便捷方法，直接复制文件。
• Path 类用于表示文件路径，Paths.get 方法用于创建路径对象。

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2. Lambda 表达式与函数式编程

Java 8 引入的 Lambda 表达式和函数式编程特性，极大地简化了代码，使得 Java 程序更加简洁、可读和高效。Lambda 表达式让我们能够以函数的方式来处理数据，简化集合操作。

2.1 Lambda 表达式基础

Lambda 表达式的基本语法如下：

(parameters) -> expression

其中，parameters 是输入参数，expression 是一个表达式，可以是代码块。

示例：使用 Lambda 表达式替代匿名内部类

import java.util.Arrays;
import java.util.List;public class LambdaExample {public static void main(String[] args) {List<String> fruits = Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry");// 使用匿名内部类fruits.forEach(new java.util.function.Consumer<String>() {@Overridepublic void accept(String s) {System.out.println(s);}});// 使用 Lambda 表达式fruits.forEach(fruit -> System.out.println(fruit));}
}

解释：

• forEach 方法用于遍历列表。
• Lambda 表达式 fruit -> System.out.println(fruit) 替代了传统的匿名内部类实现。

2.2 函数式接口

Lambda 表达式通常用于实现函数式接口。Java 8 中定义了几个内置的函数式接口，如 Predicate、Function、Consumer、Supplier 等。

示例：使用 Predicate 进行过滤

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.function.Predicate;public class PredicateExample {public static void main(String[] args) {List<String> fruits = Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry", "Apricot");Predicate<String> startsWithA = s -> s.startsWith("A");// 使用 Lambda 表达式进行过滤fruits.stream().filter(startsWithA).forEach(System.out::println);  // 输出: Apple, Apricot}
}

解释：

• Predicate 是一个函数式接口，用于测试对象是否满足某种条件。
• filter 方法通过 Lambda 表达式过滤出以 "A" 开头的水果。

2.3 Stream API

Stream API 是 Java 8 引入的重要特性，用于对集合进行声明性处理，如过滤、映射、聚合等操作。Stream API 支持串行和并行操作，可以提高集合处理的效率。

示例：使用 Stream 进行过滤和映射

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;public class StreamExample {public static void main(String[] args) {List<String> fruits = Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry", "Apricot");List<String> filteredFruits = fruits.stream().filter(fruit -> fruit.startsWith("A"))  // 过滤以 "A" 开头的水果.map(String::toUpperCase)  // 转换为大写.collect(Collectors.toList());filteredFruits.forEach(System.out::println);  // 输出: APPLE, APRICOT}
}

解释：

• stream() 创建一个流。
• filter 用于过滤元素。
• map 用于转换元素。
• collect 将流转换为集合。

2.4 使用 Optional 类避免空指针异常

Optional 是 Java 8 引入的一个容器对象，用于表示可能为空的值。它能够有效避免空指针异常，并提供更优雅的空值处理方式。

示例：使用 Optional 类

import java.util.Optional;public class OptionalExample {public static void main(String[] args) {String name = "John";Optional<String> optionalName = Optional.ofNullable(name);optionalName.ifPresent(n -> System.out.println("Hello, " + n));  // 输出: Hello, JohnString result = optionalName.orElse("Guest");System.out.println(result);  // 输出: John}
}

解释：

• Optional.ofNullable 创建一个可能为空的 Optional 对象。
• ifPresent 在值存在时执行某个操作。
• orElse 如果值为空，返回一个默认值。

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. 总结

在这篇博客中，我们介绍了 Java I/O 和文件操作的常见方法，以及 Lambda 表达式与函数式编程的核心概念与应用。以下是一些关键点：

• Java I/O：通过字节流和字符流进行文件读取与写入，Java 7 引入的 NIO 提供了更高效的文件处理方法。
• Lambda 表达式：简化了代码，使得函数式编程变得更易用。Lambda 表达式通常与函数式接口配合使用。
• Stream API：提供了对集合的声明式处理，简化了对集合的过滤、映射和聚合操作。
• Optional：用于防止空指针异常，提供了一种更优雅的方式来处理可为空的值。

掌握这些特性，将使你编写的 Java 程序更加简洁、高效，并提升你的编程水平。希望这篇博客对你有所帮助，继续深入学习 Java 的高级特性，成为一名更优秀的开发者！