簡介

轉(zhuǎn)換流可以將一個字節(jié)流包裝成字符流，或者將一個字符流包裝成字節(jié)流。這種轉(zhuǎn)換通常用于處理文本數(shù)據(jù)，如讀取文本文件或?qū)?shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綉?yīng)用程序。

轉(zhuǎn)換流主要有兩種類型：InputStreamReader 和 OutputStreamWriter。

InputStreamReader 將一個字節(jié)輸入流轉(zhuǎn)換為一個字符輸入流，而 OutputStreamWriter 將一個字節(jié)輸出流轉(zhuǎn)換為一個字符輸出流。它們使用指定的字符集將字節(jié)流和字符流之間進行轉(zhuǎn)換。常用的字符集包括 UTF-8、GBK、ISO-8859-1 等。

一、編碼和解碼

在計算機中，數(shù)據(jù)通常以二進制形式存儲和傳輸。

• 編碼就是將原始數(shù)據(jù)（比如說文本、圖像、視頻、音頻等）轉(zhuǎn)換為二進制形式。
• 解碼就是將二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為原始數(shù)據(jù)，是一個反向的過程。

常見的編碼和解碼方式有很多，舉幾個例子：

• ASCII 編碼和解碼：在計算機中，常常使用 ASCII 碼來表示字符，如鍵盤上的字母、數(shù)字和符號等。例如，字母 A 對應(yīng)的 ASCII 碼是 65，字符 + 對應(yīng)的 ASCII 碼是 43。
• Unicode 編碼和解碼：Unicode 是一種字符集，支持多種語言和字符集。在計算機中，Unicode 可以使用 UTF-8、UTF-16 等編碼方式將字符轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)據(jù)進行存儲和傳輸。
• Base64 編碼和解碼：Base64 是一種將二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 ASCII 碼的編碼方式。它將 3 個字節(jié)的二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 4 個 ASCII 字符，以便在網(wǎng)絡(luò)傳輸中使用。例如，將字符串 “Hello, world!” 進行 - Base64 編碼后，得到的結(jié)果是 “SGVsbG8sIHdvcmxkIQ==”。
• 圖像編碼和解碼：在圖像處理中，常常使用 JPEG、PNG、GIF 等編碼方式將圖像轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)據(jù)進行存儲和傳輸。在解碼時，可以將二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像，以便顯示或處理。
• 視頻編碼和解碼：在視頻處理中，常常使用 H.264、AVC、MPEG-4 等編碼方式將視頻轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)據(jù)進行存儲和傳輸。在解碼時，可以將二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為視頻，以便播放或處理。

簡單一點說就是：

• 編碼：字符(能看懂的)–>字節(jié)(看不懂的)
• 解碼：字節(jié)(看不懂的)–>字符(能看懂的)

String str = "追風少年";
String charsetName = "UTF-8";

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

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

在這個示例中，首先定義了一個字符串變量 str 和一個字符集名稱 charsetName。然后，使用 Charset.forName() 方法獲取指定字符集的 Charset 對象。接著，使用字符串的 getBytes() 方法將字符串編碼為指定字符集的字節(jié)數(shù)組。最后，使用 new String() 方法將字節(jié)數(shù)組解碼為字符串。

需要注意的是，在編碼和解碼過程中，要保證使用相同的字符集，以便正確地轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。

二、字符集

Charset：字符集，是一組字符的集合，每個字符都有一個唯一的編碼值，也稱為碼點。

常見的字符集包括 ASCII、Unicode 和 GBK，而 Unicode 字符集包含了多種編碼方式，比如說 UTF-8、UTF-16。

2.1ASCII 字符集

ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美國信息交換標準代碼）字符集是一種最早的字符集，包含 128 個字符，其中包括控制字符、數(shù)字、英文字母以及一些標點符號。ASCII 字符集中的每個字符都有一個唯一的 7 位二進制編碼（由 0 和 1 組成），可以表示為十進制數(shù)或十六進制數(shù)。

ASCII 編碼方式是一種固定長度的編碼方式，每個字符都使用 7 位二進制編碼來表示。ASCII 編碼只能表示英文字母、數(shù)字和少量的符號，不能表示其他語言的文字和符號，因此在全球范圍內(nèi)的應(yīng)用受到了很大的限制。

2.2Unicode 字符集

Unicode 包含了世界上幾乎所有的字符，用于表示人類語言、符號和表情等各種信息。Unicode 字符集中的每個字符都有一個唯一的碼點（code point），用于表示該字符在字符集中的位置，可以用十六進制數(shù)表示。

為了在計算機中存儲和傳輸 Unicode 字符集中的字符，需要使用一種編碼方式。UTF-8、UTF-16 和 UTF-32 都是 Unicode 字符集的編碼方式，用于將 Unicode 字符集中的字符轉(zhuǎn)換成字節(jié)序列，以便于存儲和傳輸。它們的差別在于使用的字節(jié)長度不同。

UTF-8 是一種可變長度的編碼方式，對于 ASCII 字符（碼點范圍為 0x00~0x7F），使用一個字節(jié)表示，對于其他 Unicode 字符，使用兩個、三個或四個字節(jié)表示。UTF-8 編碼方式被廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)和計算機領(lǐng)域，因為它可以有效地壓縮數(shù)據(jù)，適用于網(wǎng)絡(luò)傳輸和存儲。
UTF-16 是一種固定長度的編碼方式，對于基本多語言平面（Basic Multilingual Plane，Unicode 字符集中的一個碼位范圍，包含了世界上大部分常用的字符，總共包含了超過 65,000 個碼位）中的字符（碼點范圍為 0x0000~0xFFFF），使用兩個字節(jié)表示，對于其他 Unicode 字符，使用四個字節(jié)表示。
UTF-32 是一種固定長度的編碼方式，對于所有 Unicode 字符，使用四個字節(jié)表示。

2.3GBK 字符集

GBK 包含了 GB2312 字符集中的字符，同時還擴展了許多其他漢字字符和符號，共收錄了 21,913 個字符。GBK 采用雙字節(jié)編碼方式，每個漢字占用 2 個字節(jié)，其中高字節(jié)和低字節(jié)都使用了 8 位，因此 GBK 編碼共有 2^16=65536 種可能的編碼，其中大部分被用于表示漢字字符。

GBK 編碼是一種變長的編碼方式，對于 ASCII 字符（碼位范圍為 0x00 到 0x7F），使用一個字節(jié)表示，對于其他字符，使用兩個字節(jié)表示。GBK 編碼中的每個字節(jié)都可以采用 0x81 到 0xFE 之間的任意一個值，因此可以表示 2^15=32768 個字符。為了避免與 ASCII 碼沖突，GBK 編碼的第一個字節(jié)采用了 0x81 到 0xFE 之間除了 0x7F 的所有值，第二個字節(jié)采用了 0x40 到 0x7E 和 0x80 到 0xFE 之間的所有值，共 94 個值。

GB2312 的全名是《信息交換用漢字編碼字符集基本集》，也被稱為“國標碼”。采用了雙字節(jié)編碼方式，每個漢字占用 2 個字節(jié)，其中高字節(jié)和低字節(jié)都使用了 8 位，因此 GB2312 編碼共有 2^16=65536 種可能的編碼，其中大部分被用于表示漢字字符。GB2312 編碼中的每個字節(jié)都可以采用 0xA1 到 0xF7 之間的任意一個值，因此可以表示 126 個字符。

GB2312 是一個較為簡單的字符集，只包含了常用的漢字和符號，因此對于一些較為罕見的漢字和生僻字，GB2312 不能滿足需求，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸被 GBK、GB18030 等字符集所取代。

GB18030 是最新的中文碼表。收錄漢字 70244 個，采用多字節(jié)編碼，每個字可以由 1 個、2 個或 4 個字節(jié)組成。支持中國國內(nèi)少數(shù)民族的文字，同時支持繁體漢字以及日韓漢字等。

三、亂碼

當使用不同的編碼方式讀取或者寫入文件時，就會出現(xiàn)亂碼問題，來看示例。

String s = "追風少年！";

try {
    // 將字符串按GBK編碼方式保存到文件中
    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();
}

在上面的示例代碼中，首先定義了一個包含中文字符的字符串，然后將該字符串按 GBK 編碼方式保存到文件中，接著將文件按默認編碼方式（UTF-8）讀取，并顯示內(nèi)容。此時就會出現(xiàn)亂碼問題，顯示為“?????????”。

這是因為文件中的 GBK 編碼的字符在使用 UTF-8 編碼方式解析時無法正確解析，從而導致出現(xiàn)亂碼問題。

那如何才能解決亂碼問題呢？

這就引出我們今天的主角了——轉(zhuǎn)換流。

四、InputStreamReader

java.io.InputStreamReader 是 Reader 類的子類。它的作用是將字節(jié)流（InputStream）轉(zhuǎn)換為字符流（Reader），同時支持指定的字符集編碼方式，從而實現(xiàn)字符流與字節(jié)流之間的轉(zhuǎn)換。

4.1構(gòu)造方法

• InputStreamReader(InputStream in): 創(chuàng)建一個使用默認字符集的字符流。
• InputStreamReader(InputStream in, String charsetName): 創(chuàng)建一個指定字符集的字符流。
  代碼示例如下：

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

4.2解決編碼問題

下面是一個使用 InputStreamReader 解決亂碼問題的示例代碼：

String s = "沉默王二！";

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

    // 將字節(jié)流轉(zhuǎn)換為字符流，使用GBK編碼方式
    InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream("logs/test_utf8.txt"), "GBK");
    // 讀取字符流
    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 對字節(jié)流進行了編碼方式的轉(zhuǎn)換，因此在讀取字符流時就可以正確地解析出中文字符，避免了亂碼問題。

五、OutputStreamWriter

java.io.OutputStreamWriter 是 Writer 的子類，字面看容易誤以為是轉(zhuǎn)為字符流，其實是將字符流轉(zhuǎn)換為字節(jié)流，是字符流到字節(jié)流的橋梁。

• OutputStreamWriter(OutputStream in): 創(chuàng)建一個使用默認字符集的字符流。
• OutputStreamWriter(OutputStream in, String charsetName)：創(chuàng)建一個指定字符集的字符流。
  代碼示例如下：

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

通常為了提高讀寫效率，我們會在轉(zhuǎn)換流上再加一層緩沖流，來看代碼示例：

try {
    // 從文件讀取字節(jié)流，使用UTF-8編碼方式
    FileInputStream fis = new FileInputStream("test.txt");
    // 將字節(jié)流轉(zhuǎn)換為字符流，使用UTF-8編碼方式
    InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis, "UTF-8");
    // 使用緩沖流包裝字符流，提高讀取效率
    BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
    // 創(chuàng)建輸出流，使用UTF-8編碼方式
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt");
    // 將輸出流包裝為轉(zhuǎn)換流，使用UTF-8編碼方式
    OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(fos, "UTF-8");
    // 使用緩沖流包裝轉(zhuǎn)換流，提高寫入效率
    BufferedWriter bw = new BufferedWriter(osw);

    // 讀取輸入文件的每一行，寫入到輸出文件中
    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) {
        bw.write(line);
        bw.newLine(); // 每行結(jié)束后寫入一個換行符
    }

    // 關(guān)閉流
    br.close();
    bw.close();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

在上面的示例代碼中，首先使用 FileInputStream 從文件中讀取字節(jié)流，使用 UTF-8 編碼方式進行讀取。然后，使用 InputStreamReader 將字節(jié)流轉(zhuǎn)換為字符流，使用 UTF-8 編碼方式進行轉(zhuǎn)換。接著，使用 BufferedReader 包裝字符流，提高讀取效率。然后，創(chuàng)建 FileOutputStream 用于輸出文件，使用 UTF-8 編碼方式進行創(chuàng)建。接著，使用 OutputStreamWriter 將輸出流轉(zhuǎn)換為字符流，使用 UTF-8 編碼方式進行轉(zhuǎn)換。最后，使用 BufferedWriter 包裝轉(zhuǎn)換流，提高寫入效率。

六、小結(jié)

InputStreamReader 和 OutputStreamWriter 是將字節(jié)流轉(zhuǎn)換為字符流或者將字符流轉(zhuǎn)換為字節(jié)流。通常用于解決字節(jié)流和字符流之間的轉(zhuǎn)換問題，可以將字節(jié)流以指定的字符集編碼方式轉(zhuǎn)換為字符流，或者將字符流以指定的字符集編碼方式轉(zhuǎn)換為字節(jié)流。

InputStreamReader 類的常用方法包括：

• read()：從輸入流中讀取一個字符的數(shù)據(jù)。
• read(char[] cbuf, int off, int len)：從輸入流中讀取 len 個字符的數(shù)據(jù)到指定的字符數(shù)組 cbuf 中，從 off 位置開始存放。
• ready()：返回此流是否已準備好讀取。
• close()：關(guān)閉輸入流。

OutputStreamWriter 類的常用方法包括：

• write(int c)：向輸出流中寫入一個字符的數(shù)據(jù)。
• write(char[] cbuf, int off, int len)：向輸出流中寫入指定字符數(shù)組 cbuf 中的 len 個字符，從 off 位置開始。
• flush()：將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)寫入輸出流中。
• close()：關(guān)閉輸出流。
  在使用轉(zhuǎn)換流時，需要指定正確的字符集編碼方式，否則可能會導致數(shù)據(jù)讀取或?qū)懭氤霈F(xiàn)亂碼。

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