Java IO 개요 — 입출력 스트림 구조 이해하기

지난 글에서 예외 처리의 올바른 원칙을 정리했다. 이번부터 새로운 챕터인 Java IO를 시작한다. Java의 입출력 시스템은 java.io, java.nio, java.nio.file 세 패키지로 나뉘며, 각각 다른 설계 철학을 갖는다.

Java IO의 두 가지 축

Java IO는 크게 두 가지 기준으로 나뉜다.

1. 데이터 단위: 바이트 vs 문자

• 바이트 스트림 (InputStream, OutputStream): 8비트 raw 바이트를 처리. 이미지, 오디오, 바이너리 파일에 적합
• 문자 스트림 (Reader, Writer): 16비트 Unicode 문자를 처리. 텍스트 파일, 인코딩 처리에 적합

2. IO 모델: 블로킹 vs 논블로킹

• java.io: 항상 블로킹. 데이터를 읽을 때까지 스레드가 대기
• java.nio: 논블로킹 IO 가능. Selector와 Channel로 단일 스레드가 여러 연결 처리

// 바이트 스트림 — 이미지 복사
try (InputStream in  = new FileInputStream("photo.jpg");
     OutputStream out = new FileOutputStream("copy.jpg")) {
    in.transferTo(out); // Java 9+: 직접 복사
}

// 문자 스트림 — 텍스트 파일 읽기
try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("text.txt"))) {
    String line;
    while ((line = reader.readLine()) != null) {
        System.out.println(line);
    }
}

InputStream / OutputStream 계층

InputStream은 바이트 입력의 추상 기반 클래스다.

클래스	설명
FileInputStream	파일에서 바이트 읽기
BufferedInputStream	내부 버퍼로 성능 향상
ByteArrayInputStream	바이트 배열을 InputStream으로
DataInputStream	기본 타입(int, long 등) 읽기
ObjectInputStream	역직렬화

OutputStream은 바이트 출력의 추상 기반 클래스다.

클래스	설명
FileOutputStream	파일에 바이트 쓰기
BufferedOutputStream	내부 버퍼로 성능 향상
PrintStream	System.out의 타입, println() 제공
DataOutputStream	기본 타입 쓰기
ObjectOutputStream	직렬화

Reader / Writer 계층

Reader는 문자 입력의 추상 기반 클래스. read() 메서드가 char를 반환한다.

클래스	설명
FileReader	파일에서 문자 읽기 (기본 인코딩 사용 — 주의)
BufferedReader	버퍼링 + readLine() 제공
InputStreamReader	바이트 → 문자 변환 (인코딩 지정 가능)
StringReader	String을 Reader로

Writer는 문자 출력의 추상 기반 클래스.

클래스	설명
FileWriter	파일에 문자 쓰기 (기본 인코딩 사용 — 주의)
BufferedWriter	버퍼링 + newLine() 제공
OutputStreamWriter	문자 → 바이트 변환 (인코딩 지정 가능)
PrintWriter	println(), printf() 등 편의 메서드

인코딩 주의사항 — FileReader/FileWriter를 피하라

FileReader와 FileWriter는 JVM 기본 인코딩을 사용한다. 플랫폼마다 다를 수 있어 이식성이 없다.

// ❌ 플랫폼 기본 인코딩 — 위험
BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("data.txt"));

// ✅ 인코딩 명시
BufferedReader reader = new BufferedReader(
    new InputStreamReader(new FileInputStream("data.txt"), StandardCharsets.UTF_8));

// ✅ 더 간단하게 (Java 11+)
BufferedReader reader = Files.newBufferedReader(Path.of("data.txt"), StandardCharsets.UTF_8);

브리지 클래스 — 바이트와 문자 스트림 연결

InputStreamReader와 OutputStreamWriter는 바이트 스트림을 문자 스트림으로 변환하는 브리지 역할을 한다.

// System.in (InputStream) → Scanner가 아닌 BufferedReader로 읽기
BufferedReader stdin = new BufferedReader(
    new InputStreamReader(System.in, StandardCharsets.UTF_8));

// 소켓 InputStream → 텍스트 프로토콜 처리
Socket socket = new Socket("localhost", 8080);
BufferedReader socketReader = new BufferedReader(
    new InputStreamReader(socket.getInputStream(), StandardCharsets.UTF_8));
PrintWriter socketWriter = new PrintWriter(
    new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream(), StandardCharsets.UTF_8), true);

데코레이터 패턴 — IO 클래스의 설계 철학

Java IO는 데코레이터 패턴으로 설계됐다. 기본 스트림에 기능을 겹겹이 추가한다.

// 계층 구조: File → FileOutputStream → BufferedOutputStream → DataOutputStream
DataOutputStream dos = new DataOutputStream(
    new BufferedOutputStream(
        new FileOutputStream("data.bin")));

dos.writeInt(42);
dos.writeDouble(3.14);
dos.writeUTF("hello");

각 클래스는 한 가지 책임만 갖는다: 파일 접근, 버퍼링, 타입 변환. 필요한 기능만 조합해 사용할 수 있다.

java.io vs java.nio vs java.nio.file

// java.io — 전통적 방식
File file = new File("test.txt"); // 구식
file.exists(); file.delete();

// java.nio.file — 현대적 방식 (Java 7+, 권장)
Path path = Path.of("test.txt");
Files.exists(path);
Files.delete(path);
Files.readString(path, StandardCharsets.UTF_8); // Java 11+
Files.writeString(path, content, StandardCharsets.UTF_8);

// java.nio Channel — 고성능 IO
try (FileChannel fc = FileChannel.open(path, StandardOpenOption.READ)) {
    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
    fc.read(buf);
}

현대 Java 개발에서는 java.nio.file의 Files와 Path를 기본으로 사용하고, 대용량·비동기 처리가 필요할 때만 NIO Channel을 고려한다.

핵심 요약

상황	권장 클래스
텍스트 파일 읽기	Files.newBufferedReader(path, UTF_8)
텍스트 파일 쓰기	Files.newBufferedWriter(path, UTF_8)
짧은 파일 전체 읽기	Files.readString(path) (Java 11+)
바이너리 파일 복사	Files.copy(src, dst)
소켓 텍스트 통신	InputStreamReader(is, UTF_8)
고성능 대용량 IO	NIO FileChannel + ByteBuffer

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지난 글: 예외 처리 베스트 프랙티스 — 올바른 예외 설계 원칙

다음 글: 바이트 스트림과 문자 스트림 — InputStream/OutputStream, Reader/Writer 심화

읽어주셔서 감사합니다. 😊