在Java应用程序的IO操作中，频繁的磁盘读写或网络传输往往是性能瓶颈的主要来源。JDK提供的缓冲流（Buffered Streams）通过内存缓冲机制，将零碎的IO操作转化为批量处理，成为提升IO效率的关键技术。本文将从设计原理、核心机制到实战技巧，全面解析缓冲流的技术细节。
一、缓冲流的设计哲学
1. 传统IO的性能瓶颈
当程序直接使用FileInputStream或FileOutputStream进行文件操作时，每次read()或write()调用都会触发底层系统的IO指令。以机械硬盘为例，单次寻道时间约10ms，若每次读取1KB数据，处理1GB文件需要超过百万次IO操作，耗时将达到数小时。
2. 缓冲机制的核心思想
缓冲流在内存中创建临时存储区域（通常默认8KB），实现两种关键优化：
- 批量读取：一次性从磁盘加载多个数据块到缓冲区
- 批量写入：累积足够数据后再执行物理写入操作
这种批处理模式将IO次数从O(n)降低到O(n/buffer_size)，性能提升可达100倍以上。
二、缓冲流核心类解析
1. 类继承体系
字节输入缓冲流
BufferedInputStream -> FilterInputStream -> InputStream
字符输入缓冲流
BufferedReader -> Reader
字节输出缓冲流
BufferedOutputStream -> FilterOutputStream -> OutputStream
字符输出缓冲流
BufferedWriter -> Writer
2. 核心构造方法
// 字节缓冲流（默认缓冲区8KB）
BufferedInputStream(InputStream in, int size)
BufferedOutputStream(OutputStream out, int size)
// 字符缓冲流（默认缓冲区8KB字符）
BufferedReader(Reader in, int size)
BufferedWriter(Writer out, int size)
3. 缓冲区工作原理
以BufferedInputStream为例：
- 首次
read()时填充整个缓冲区 - 后续读取直接从内存获取
- 缓冲区数据耗尽后再次填充
public synchronized int read() throws IOException {
if (pos >= count) {
// 缓冲区无可用数据
fill(); // 触发批量读取
if (pos >= count) return -1;
}
return getBufIfOpen()[pos++] & 0xff;
}
三、缓冲流实战技巧
1. 文件复制性能对比
无缓冲的原始实现：
try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.mp4");
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(