Классы символьных потоков в Java: Reader и Writer

Файл hello.txt сохранён в UTF-8 и содержит одно слово «Привет». Программа на Java 17 под русской Windows читает его через new FileReader("hello.txt") и печатает Привет. Ошибки в коде нет: FileReader без явной кодировки взял системную — windows-1251. Как этого избежать и какой класс символьных потоков для чего нужен, разберём ниже.

Символьные потоки в Java — это классы пакета java.io, которые читают и записывают текст символами char (16-битными единицами UTF-16), а не отдельными байтами. Все символьные потоки чтения наследуются от абстрактного класса Reader, все потоки записи — от Writer. В файле или в сети всегда лежат байты, поэтому символьный поток, связанный с файлом, переводит байты в символы и обратно по кодировке (Charset). Общее деление потоков на байтовые и символьные описано в уроке Потоки данных в Java.

1. Класс Reader

Reader — абстрактный класс, от которого наследуются все символьные потоки ввода в Java. Его методы read() возвращают очередной символ как int от 0 до 65535 или -1, когда поток закончился. При ошибке ввода-вывода методы класса выбрасывают IOException.

Методы класса Reader

С Java 11 есть фабричный метод Reader.nullReader() — пустой поток, который сразу возвращает -1; его удобно подставлять в тестах.

2. Класс Writer

Writer — абстрактный класс, от которого наследуются все символьные потоки вывода. Он определяет методы write() и append() для записи символов, массивов и строк, flush() для выталкивания буферизованных данных и close() для закрытия приёмника. При ошибке методы выбрасывают IOException.

Методы класса Writer

Аналогично Reader, с Java 11 есть Writer.nullWriter() — поток, который отбрасывает всё записанное.

3. FileReader и FileWriter

FileReader читает символы из текстового файла, а FileWriter записывает символы в файл. В конструктор передают путь в виде строки или объект File (о нём — в уроке Класс File). Внутри это наследники InputStreamReader и OutputStreamWriter: они открывают файловый байтовый поток и переводят байты в символы по кодировке.

Конструкторы FileReader и FileWriter

До Java 11 у FileReader и FileWriter не было параметра Charset, поэтому для текста в нужной кодировке приходилось строить цепочку через InputStreamReader/OutputStreamWriter (см. следующий раздел).

Пример 1. Запись и чтение файла через FileWriter и FileReader

Потоки закрываются автоматически конструкцией try-with-resources. Запись и чтение идут в двух отдельных блоках: к моменту чтения FileWriter уже закрыт, и все символы гарантированно в файле.

import java.io.File;
import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class FileWriterReaderExample {
    public static void main(String[] args) {
        File file = new File("fileWrite.txt");

        try (FileWriter writer = new FileWriter(file, StandardCharsets.UTF_8)) {
            writer.write("Learn\nJava!\n");
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("Ошибка записи: " + e.getMessage());
        }

        try (FileReader reader = new FileReader(file, StandardCharsets.UTF_8)) {
            char[] buffer = new char[50];
            int total = 0;
            int count;
            while ((count = reader.read(buffer)) != -1) { // читаем до конца файла
                System.out.print(new String(buffer, 0, count));
                total += count;
            }
            System.out.println("Прочитано символов: " + total);
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("Ошибка чтения: " + e.getMessage());
        }
    }
}
// Вывод:
// Learn
// Java!
// Прочитано символов: 12

Символов 12: пять в слове Learn, пять в Java! и два перевода строки \n. Если запустить только вторую половину программы без файла, конструктор FileReader выбросит FileNotFoundException, и программа выведет Ошибка чтения: fileWrite.txt (...) с системным текстом причины.

4. InputStreamReader и OutputStreamWriter

InputStreamReader и OutputStreamWriter — мост между байтовыми и символьными потоками. InputStreamReader оборачивает любой InputStream и декодирует байты в символы, OutputStreamWriter оборачивает OutputStream и кодирует символы в байты. Кодировку задают вторым параметром конструктора — обычно StandardCharsets.UTF_8.

new InputStreamReader(InputStream in)                      // кодировка по умолчанию
new InputStreamReader(InputStream in, Charset cs)          // явная кодировка
new InputStreamReader(InputStream in, String charsetName)  // UnsupportedEncodingException при неизвестном имени

new OutputStreamWriter(OutputStream out)
new OutputStreamWriter(OutputStream out, Charset cs)
new OutputStreamWriter(OutputStream out, String charsetName)

Метод getEncoding() возвращает историческое имя кодировки, с которой работает поток, например UTF8 или Cp1251. Эти классы нужны везде, где источник отдаёт байты, а работать хочется с текстом: файл (FileInputStream), сетевое соединение, консоль System.in:

BufferedReader console = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
String name = console.readLine(); // строка, введённая с клавиатуры

Подробнее о стандартных потоках — в уроке Предопределенные потоки ввода-вывода. Как собрать из этих классов полную цепочку «файл → кодировка → буфер → форматирование» и почему кодировка по умолчанию зависела от ОС до Java 18 — в разделе Цепочка обёрток урока о потоках данных.

Что выведет этот код?

Программа записывает слово «Привет» в UTF-8, а затем читает его дважды: в кодировке windows-1251 и в UTF-8.

import java.io.*;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class EncodingDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        try (Writer out = new OutputStreamWriter(
                new FileOutputStream("hello.txt"), StandardCharsets.UTF_8)) {
            out.write("Привет");
        }

        try (BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(
                new FileInputStream("hello.txt"), Charset.forName("windows-1251")))) {
            String line = in.readLine();
            System.out.println(line + " (" + line.length() + " символов)");
        }

        try (BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(
                new FileInputStream("hello.txt"), StandardCharsets.UTF_8))) {
            String line = in.readLine();
            System.out.println(line + " (" + line.length() + " символов)");
        }
    }
}
// Вывод:
// Привет (12 символов)
// Привет (6 символов)

В UTF-8 каждая буква кириллицы занимает 2 байта, поэтому в файле 12 байт. Кодировка windows-1251 однобайтовая: она превращает каждый байт в отдельный символ, и из 6 букв получается 12 «кракозябр» (П = байты D0 9F = Рџ). Ошибки и исключения нет — именно поэтому кодировку нужно указывать явно с обеих сторон: и при записи, и при чтении.

5. BufferedReader и BufferedWriter

BufferedReader и BufferedWriter — обёртки над другим символьным потоком с внутренним буфером на 8192 символа. BufferedReader читает данные в буфер крупными блоками и добавляет метод readLine() для чтения текста построчно; BufferedWriter накапливает символы в буфере, пишет их во вложенный поток блоками и добавляет метод newLine().

BufferedReader(Reader in)
BufferedReader(Reader in, int size)   // size - размер буфера в символах
BufferedWriter(Writer out)
BufferedWriter(Writer out, int size)

Первый параметр — поток, из которого читают или в который пишут (чаще всего FileReader/FileWriter или InputStreamReader/OutputStreamWriter), второй — размер буфера. Буфер сокращает число обращений к файлу: вместо системного вызова на каждый символ поток обращается к диску один раз на блок.

• String readLine() возвращает очередную строку без символов конца строки (\n, \r или \r\n) и null, когда файл закончился. Пустая строка в файле — это "", а не null.
• void newLine() записывает разделитель строк текущей ОС: \r\n в Windows, \n в Linux и macOS.
• Stream<String> lines() (Java 8) возвращает строки файла как поток Stream API: long n = reader.lines().count();

Пример 2. Запись через BufferedWriter и чтение через BufferedReader

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class BufferedExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (BufferedWriter writer = new BufferedWriter(
                new FileWriter("buffered.txt", StandardCharsets.UTF_8))) {
            writer.write("Привет, мир!");
            writer.newLine();
            writer.newLine();          // пустая строка
            writer.write("Конец");     // последняя строка без перевода строки
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("Ошибка записи: " + e.getMessage());
        }

        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(
                new FileReader("buffered.txt", StandardCharsets.UTF_8))) {
            String line;
            while ((line = reader.readLine()) != null) { // null - конец файла
                System.out.println("[" + line + "] длина " + line.length());
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("Ошибка чтения: " + e.getMessage());
        }
    }
}
// Вывод:
// [Привет, мир!] длина 12
// [] длина 0
// [Конец] длина 5

Квадратные скобки показывают, что readLine() отбросил символы конца строки, пустая строка пришла как "", а последняя строка без перевода строки всё равно прочитана. Закрывать достаточно внешнюю обёртку: BufferedWriter.close() сбросит буфер и закроет вложенный FileWriter — почему нельзя закрывать внутренний поток, разобрано в уроке Потоки данных.

6. PrintWriter

PrintWriter — символьный поток вывода с удобными методами print(), println(), printf() и format(), которые превращают в текст значения любых типов. Он наследуется от Writer и, в отличие от остальных потоков, не выбрасывает IOException из методов записи: об ошибке сообщает метод checkError().

Конструкторы PrintWriter

Дописать в существующий файл конструкторами с именем файла нельзя — для этого оборачивают FileWriter в режиме добавления: new PrintWriter(new FileWriter("log.txt", true)).

Методы PrintWriter

• print(x) — выводит значение любого типа в виде текста без перевода строки.
• println(x) — то же, затем разделитель строк ОС.
• printf(format, args...) и format(format, args...) — одинаковые методы форматированного вывода по шаблону (%d, %s, %.2f, %n).
• write(...) — унаследованные от Writer методы записи символов и строк без преобразования.
• boolean checkError() — сбрасывает буфер и возвращает true, если при какой-либо записи произошла ошибка.

Пример 3. Запись в файл через PrintWriter

import java.io.IOException;
import java.io.PrintWriter;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class PrintWriterExample {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = "Привет мир!";
        String s2 = "Hello World!";
        try (PrintWriter printWriter = new PrintWriter("notes.txt", StandardCharsets.UTF_8)) {
            printWriter.println(s1);
            int i = 2;
            printWriter.printf("Квадрат числа %d равен %d%n", i, i * i);
            printWriter.write(s2);
            printWriter.print("Конец");
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("Не удалось открыть файл: " + e.getMessage());
            return;
        }
        System.out.println("Запись в файл произведена");
    }
}
// Вывод в консоль:
// Запись в файл произведена

Сообщение печатается после блока try, то есть когда PrintWriter уже закрыт и данные сброшены в файл. Содержимое notes.txt:

Привет мир!
Квадрат числа 2 равен 4
Hello World!Конец

Последняя строка склеилась: ни write(), ни print() не добавляют перевод строки — его ставят только println() и %n в шаблоне printf(). Блок catch здесь ловит только ошибку конструктора: сами вызовы println()/printf() исключений не выбрасывают.

7. Подводные камни символьных потоков

Типичные ошибки с символьными потоками связаны с кодировкой по умолчанию, перезаписью файла вместо дописывания, буферизацией и тем, что PrintWriter молчит при сбоях. Все они компилируются без предупреждений и проявляются только на конкретных данных или конкретной ОС.

Что выведет этот код?

PrintWriter pw = new PrintWriter(new StringWriter());
pw.close();
pw.println("после close");
System.out.println(pw.checkError());

Ответ: программа не падает и печатает true. Запись в закрытый PrintWriter внутри вызывает IOException: Stream closed, но println() перехватывает исключение и только выставляет флаг ошибки. Тот же вызов у закрытого BufferedWriter (bw.write("после close")) сразу выбросит IOException. Поэтому PrintWriter удобен для отчётов и консольного вывода, но там, где потеря данных недопустима, ошибки нужно проверять явно.

8. Таблица классов символьных потоков

В пакете java.io около двадцати символьных потоков. Почти у каждого есть байтовый аналог (FileReader — FileInputStream, BufferedWriter — BufferedOutputStream), а классы делятся на источники и приёмники данных (файл, строка, массив, канал) и обёртки, которые добавляют возможности другому потоку.

Байтовые потоки и их классы — в уроке Типы байтовых потоков в Java. Для двоичных данных (изображения, архивы) символьные потоки не подходят: декодирование по кодировке повредит файл.