Java 文件 & 文件操作
Java 文件 & 文件操作
一、文件重要概念
1、文件概述
针对硬盘这种持久化存储的I/O设备，当我们想要进行数据保存时，往往不是保存成一个整体，而是独立成一个个的单位进行保存，这个独立的单位就被抽象成文件的概念，就类似办公桌上的一份份真实的文件一般。
2、文件元信息
文件除了有数据内容之外，还有一部分信息，例如文件名、文件类型、文件大小等并不作为文件的数据而存在，我们把这部分信息可以视为文件的元信息。
3、文件的系统管理
随着文件越来越多，对文件的系统管理也被提上了日程，如何进行文件的组织呢，一种合乎自然的想法出现了，就是按照层级结构进行组织 —— 也就是我们学习过的树形结构。这样，一种专门用来存放管理信息的特殊文件诞生了，也就是我们平时所谓文件夹(folder)或者目录(directory)的概念。这里提到的的管理信息一般指文件的元信息。通过一个个的目录/文件夹，我们就可以将文件组织起来，从而更方便的使用了。
4、文件路径
文件路径是用来定位文件系统中文件的，主要分为绝对路径和相对路径。实际表示路径是通过一个字符串来表示，每个目录之间用斜杠-/或反斜杠-\来分割（-反斜杠只是在Windows中适用，代码中要写成\，所以一般建议适用斜杠-/进行分割）
绝对路径：指的是文件系统上一个文件的具体位置，从盘符开始，一层一层往下找，这个过程中得到的路径就是绝对路径。
相对路径：从给定的某个基准目录出发，一层一层往下找，这个过程中得到的路径就是相对路径。在表示相对路径中，需要明确的是基准目录是什么。
相比之下，绝对路径，可以理解成是以“此电脑”为工作路径的相对路径。
📝举个例子：
上面我们提到，计算机的目录是有层级结构的，是以 N 叉树的结构来组织的，Windows一般都是从“此电脑”开始，所以表示绝对路径的时候可以把“此电脑”省略，直接从盘幅（A、B、C……）开始表示。例如上图绝对路径
C:\Program Files\Java就表示从 C 盘出发 -->ProgramFiles -->Java 的绝对路径。如果从C:\Program Files\Java目录出发到 jdk1.8.0_192，相对路径可以表示为：./jdk1.8.0_192
注意：.在相对路径中，是一个特殊符号，表示当前目录。..在相对路径中表示当前目录的上机目录。
5、文本文件和二进制文件
文本文件：是基于字符编码的文件，一般采用定长编码方式，比如 ASCII 编码、UNICODE 编码。其中 ASCII编码采用 8 个特定的比特来表示每一个字符，而 UNICODE 编码采用 16 比特。文件里存储的数据需要遵守编码标准。
二进制文件：直接由二进制数字0和1组成，不存在统一的字符编码，也就是说由你来决定多少个比特表示一个什么值，你可以根据具体的应用来指定这些比特的含义，类似于自定义编码，而且是不定长度的编码。文件内容没有字符集的限制，可以存任何数据。
Tips: 如何判定一个文件是文本文件还是二进制文件？
简单粗暴的方式：用记事本打开某个文件，如果内容能看得懂，就是文本文件，反之是二进制文件。
6、快捷方式
Windows 操作系统上，还有一类文件比较特殊，就是平时我们看到的快捷方式（shortcut），这种文件只是对真实文件的一种引用而已。其他操作系统上也有类似的概念，例如，软链接（soft link）等。
二、文件操作
文件操作主要分为以下两部分：
- 文件系统操作：创建文件、删除文件、重命名文件、创建目录等操作。
- 文件内容操作：针对文件内容进行IO操作（读和写）。下面将分别进行展开。
1、文件系统操作
文件是存储在硬盘上的，如果想要操作文件，需要通过在内存中创建一个对应的对象，通过操作这个对象可以间接影响到硬盘上的文件。Java 中通过 java.io.File 类来对一个文件（包括目录）进行抽象的描述。
注意：有
File对象，并不代表真实存在该文件。
File类下为我们提供一组API用来对文件进行相关操作，这些 API 都很简单，这里就直接列出不在赘述了：
构造方法：
| 方法名称 | 说明 |
|---|---|
| File(File parent, String child) | 根据父目录 + 孩子文件路径，创建一个新的 File 实例 |
| File(String pathname) | 根据文件路径创建一个新的 File 实例，路径可以是绝对路径或者相对路径 |
| File(String parent, String child) | 根据父目录 + 孩子文件路径，创建一个新的 File 实例，父目录用路径表示 |
方法：
| 返回值类型 | 方法签名 | 说明 |
|---|---|---|
| String | getParent() | 返回 File 对象的父目录文件路径 |
| String | getName() | 返回 FIle 对象的纯文件名称 |
| String | getPath() | 返回 File 对象的文件路径 |
| String | getAbsolutePath() | 返回 File 对象的绝对路径 |
| String | getCanonicalPath() | 返回 File 对象的修饰过的绝对路径 |
| boolean | exists() | 判断 File 对象描述的文件是否真实存在 |
| boolean | isDirectory() | 判断 File 对象代表的文件是否是一个目录 |
| boolean | isFile() | 判断 File 对象代表的文件是否是一个普通文件 |
| boolean | createNewFile() | 根据 File 对象，自动创建一个空文件。成功创建后返回 true |
| boolean | delete() | 根据 File 对象，删除该文件。成功删除后返回 true |
| void | deleteOnExit() | 根据 File 对象，标注文件将被删除，删除动作会到 JVM 运行结束时才会进行 |
| String[] | list() | 返回 File 对象代表的目录下的所有文件名 |
| File[] | listFiles() | 返回 File 对象代表的目录下的所有文件，以 File 对象表示 |
| boolean | mkdir() | 创建 File 对象代表的目录 |
| boolean | mkdirs() | 创建 File 对象代表的目录，如果必要，会创建中间目录 |
| boolean | renameTo(File dest) | 进行文件改名，也可以视为我们平时的剪切、粘贴操作 |
| boolean | canRead() | 判断用户是否对文件有可读权限 |
| boolean | canWrite() | 判断用户是否对文件有可写权限 |
2、文件IO
数据流：在计算机科学中，流（Stream）是指在输入和输出设备间建立的一条数据通道，可用于读取或写入数据。流可以将连续的数据序列视为由最初的比特位流，在内存中流过字节、块等单元。流可被看做是一个定长队列（FIFO），数据经过该队列后会被自动删除，这使得流具有异步处理效果，即数据流一旦进入队列，就可以不停地传输和处理，不需要在传输完所有数据之后才进行处理。而且，流还具有灵活性和高效性等优点。
例如：我们可以将读、写（输入，输出）视为向水库抽水和放水：
- 在Java中，有
InputStream和OutputStream两个 抽象类，分别表示字节流输入和输出。- 有
Reader和Writer两个 抽象类，分别表示字符流输入和输出。
通过上面这些类及它们的子类可以实现对文件、网络等输入输出设备的读写操作。
（1）InputStream
常用方法：
| 返回值类型 | 方法签名 | 说明 |
|---|---|---|
| int | read() | 读取一个字节的数据，返回 -1 代表已经完全读完了 |
| int | read(byte[] b) | 最多读取 b.length 字节的数据到 b 中，返回实际读到的数量；-1 代表已经读完了 |
| int | read(byte[] b, int off, int len) | 最多读取 len - off 字节的数据到 b 中，放在从 off 开始，返回实际读到的数量；-1 代表以及读完了 |
| void | close() | 关闭字节流 |
注意点1：InputStream 是一个抽象类
InputStream 只是一个抽象类，要使用还需要具体的实现类。关于 InputStream 的实现类有很多，基本可以认为不同的输入设备都可以对应一个 InputStream 类，我们现在只关心从文件中读取，所以使用
FileInputStream进行实例化。
FileInputStream构造方法：
| 方法名称 | 说明 |
|---|---|
| FileInputStream(File file) | 利用 File 构造文件输入流 |
| FileInputStream(String name) | 利用文件路径构造文件输入流 |
注意点2：close 操作非常重要
- 打开的IO流需要占用系统资源。如果不及时关闭，会造成系统资源的浪费。例如，如果不及时关闭文件输入流，会导致文件描述符被长时间占用，对其他需要访问该文件的程序造成影响，甚至导致文件被锁定。这样会严重影响系统的稳定性和性能。
- 一些网络连接需要通过close操作才能正确释放资源。例如，在使用Socket进行网络通信时，使用完成后必须手动关闭Socket，否则会导致网络资源得不到释放，进而影响系统的正常运行。
- close操作还可以防止数据写入丢失。如果在数据写入完成后未执行close操作，那么数据有可能只是写入了缓存而没有写入物理设备，如果在数据写入之前关闭程序，那么数据将可能丢失。
在使用完 IO 流之后，一定要及时调用 close() 方法来关闭流，避免资源泄漏和占用问题的发生。此外，由于InputStream实现了一个特定的interface：
Clonable，通常使用try-with-resources语法可以自动调用 close() 方法，使得代码更加简洁、易读，同时也规避了忘记关闭流的问题。
InputStream操作演示
📝例1.读取英文字符文件（单字节读取）
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 使用try-with-resources语法
try (InputStream is = new FileInputStream("test01.txt")) {
while (true) {
int b = is.read();
if (b == -1) {
// 代表文件已经全部读完
break;
}
System.out.printf("%c", b);
}
}
}
📝例2.读取英文字符文件（byte[] b方式）
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 使用try-with-resources语法
try (InputStream is = new FileInputStream("test02.txt")) {
// 前提：测试文件不超过1024字节
byte[] buf = new byte[1024];
int len;
while (true) {
len = is.read(buf);
if (len == -1) {
// 代表文件已经全部读完
break;
}
// 以字符打印读取到内容
for (int i = 0; i < len; i++) {
System.out.printf("%c", buf[i]);
}
}
}
}
（2）InputStream 搭配 Scanner 使用
假设此时我们将测试用例test02.txt中内容改为hello你好!+−×÷，再次使用上述读取方式，读取结果如下：
由于使用 InputStream 进行读取时，直接读取到的是字节，而对于一些特殊的字符，由于编码方式的原因，想要用这种方式读取出数据是非常困难的，此时我们可以使用 Scanner 类，搭配 InputStream 进行字符的读取。
| 构造方法 | 说明 |
|---|---|
| Scanner(InputStream is, String charset) | 使用 charset 字符集进行 is 的扫描读取 |
测试：
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 使用try-with-resources语法
try (InputStream is = new FileInputStream("test02.txt")) {
try (Scanner scanner = new Scanner(is,"utf-8")) {
while (scanner.hasNextLine()) {
System.out.println(scanner.nextLine());
}
}
}
}
（3）OutputStream
| 返回值类型 | 方法签名 | 说明 |
|---|---|---|
| void | write(int b) | 将指定的字节写入 |
| void | write(byte[] b) | 将 b 这个字符数组中的数据全部写入 os 中 |
| void | write(byte[] b, int off, int len) | 将 b 这个字符数组中从 off 开始的数据写入 os 中，一共写 len 个 |
| void | close() | 关闭字节流 |
| void | flush() | 刷新操作，将数据刷到设备中 |
重要提醒： 我们知道 I/O 的速度是很慢的，所以，大多的 OutputStream 为了减少设备操作的次数，在写数据的时候都会将数据先暂时写入内存的一个指定区域里，直到该区域满了或者其他指定条件时才真正将数据写入设备中，这个区域一般称为缓冲区。但很可能会造成这样一个结果，就是我们写的数据，很可能会遗留一部分在缓冲区中。需要在最后或者合适的位置，调用 flush（刷新）操作，将数据刷到设备中。
注意：同InputStream，OutputStream 同样只是一个抽象类，要使用还需要具体的实现类。我们现在还是只关心写入文件中，所以使用 FileOutputStream。最后不要忘记close和flush！
📝例：测试写入（byte[] b 方式）
public static void main(String[] args) throws IOException {
try (OutputStream os = new FileOutputStream("test03.txt")) {
String s = "hello world,你好世界！";
byte[] b = s.getBytes("utf-8"); //返回一个 byte 数组
os.write(b);
// 不要忘记 flush
os.flush();
}
}
（4）字符流 Reader & Writer
由于 Reader 和 Writer 字符流抽象类和InputStream和OutputStream字节流抽象类使用方法上类似，这里直接给出常用API，就不再展开论述了，大家可以类比上面对字节流的介绍进行理解。
Reader 抽象类常用 API
| 返回值类型 | 方法签名 | 说明 |
|---|---|---|
| int | read() | 读一个字符 。-1 代表已经读完了 |
| int | read(char[] cbuf) | 将字符读入数组。返回实际读到的数量；-1 代表已经读完了 |
| int | read(char[] cbuf, int off, int len) | 最多读取 len - off 字节的数据到 b 中，放在从 off 开始，返回实际读到的数量；-1 代表以及读完了 |
| void | close() | 关闭流并释放与之相关联的任何系统资源。 |
Writer 抽象了常用 API
| 返回值类型 | 方法签名 | 说明 |
|---|---|---|
| void | write(int c) | 写一个字符 |
| void | write(char[] cbuf) | 写入一个字符数组。 |
| void | write(char[] cbuf, int off, int len) | 写入字符数组的一部分。 |
| void | write(String str) | 写一个字符串 |
| void | write(String str, int off, int len) | 写一个字符串的一部分。 |
| void | flush() | 刷新流。 |
| void | close() | 关闭流，先刷新。 |
三、文件操作小项目：查找指定文件
需求：扫描指定目录，并找到 名称 或者 内容 中包含指定字符的所有普通文件（不包含目录）。
思路：此题的核心是文件目录的扫描，因为文件系统是树形结构，所以我们使用深度优先遍历（递归）完成遍历，然后进行文件名称和内容的比对即可。
代码展示：
import java.io.*;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Scanner;
public class SearchDestfile {
public static void main(String[] args) {
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
// 1、用户指定根目录
System.out.println("请输入要扫描的根目录（绝对路径 OR 相对路径):");
String rootDirPath = scanner.nextLine();
File rootDir = new File(rootDirPath);
// 判断输入目录是否有效
if (!rootDir.isDirectory()) {
// 如果输入为无效目录，直接返回
System.out.println("您输入的根目录不存在或者为非法目录，程序退出！");
return;
}
// 2、用户输入关键词
System.out.println("请输入需要查找的关键词：");
String keyWord = scanner.nextLine();
// 用来存储满足条件的 file 对象
List<File> result = new ArrayList<>();
// 3、递归的进行目录/文件的遍历
searchKey(rootDir,keyWord,result);
// 4、打印结果集
System.out.println();
System.out.println("文件名或文件内容包含关键字“"+keyWord+"”的文件路径如下:");
for (File file:result) {
System.out.println(file.getAbsoluteFile());
}
}
private static void searchKey(File directory, String keyWord,List<File> result) {
// 返回当前目录下的所有文件
File[] files = directory.listFiles();
if (files==null || files.length==0) {
// 如果目录不存在、或者被拒绝访问、或者为空，没必要继续递归，直接返回
return;
}
// 目录里有内容, 就遍历目录中的每个元素
for (File file:files) {
if (file.isFile()) {
// 打印扫描日志
System.out.println("当前查找到:"+file.getAbsoluteFile());
// 如果条目是普通文件，查看是否包含关键词
// (1)先判断文件名是否含有关键词
if (file.getName().contains(keyWord)) {
result.add(file);
} else {
// (2)如果文件名不含关键词，再判断文件内容是否包含关键词
// 将内容以字符串形式读取出来
String content = readFile(file);
if (content.contains(keyWord)) {
result.add(file);
}
}
} else if (file.isDirectory()) {
// 如果当前file是一个目录
// 继续递归搜索
searchKey(file,keyWord,result);
} else {
// 如果既不是普通文件，又不是目录，直接跳过
continue;
}
}
}
private static String readFile(File file) {
// 读取文件的整个内容, 返回出来.
// 使用字符流来读取. 由于咱们匹配的是字符串, 此处只能按照字符流处理, 才是有意义的.
StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
try (Reader reader = new FileReader(file)) {
while (true) {
int x = reader.read();
if (x==-1) {
break;
} else {
// 将读取到的字符添加到stringBuilder中，最后返回字符串
stringBuilder.append((char)x);
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
return stringBuilder.toString();
}
}
