Java文件操作详解

1. 文件和目录路径
- 1.1 获取Path的片段
- 1.2 获取Path信息
- 1.3 添加或删除路径片段
2. 文件系统
3. 查找文件
4. 读写文件

1. 文件和目录路径

Path 对象代表的是一个文件或目录的路径，它是在不同的操作系统和文件系统之上的抽象。它的目的是，在构建路径时，我们不必注意底层的操作系统，我们的代码不需要重写就能在不同的操作系统上工作。

java.nio.file.Paths 类包含了重载的 static get() 方法，可以接受一个 String 序列，或一个统一资源标识符（Uniform Resource Identifier，URI），然后将其转化为一个 Path 对象：

package file;import java.net.URI;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;public class PathInfo {static void showInfo(Path p) {System.out.println("--------------------");System.out.println("toString(): " + p);System.out.println("exists(): " + Files.exists(p));System.out.println("isRegularFile(): " + Files.isRegularFile(p));System.out.println("isDirectory(): " + Files.isDirectory(p));System.out.println("isAbsolute(): " + p.isAbsolute());System.out.println("getFileName(): " + p.getFileName());System.out.println("getParent(): " + p.getParent());System.out.println("getRoot(): " + p.getRoot());}public static void main(String[] args) {System.out.println(System.getProperty("os.name"));Path filePath = Paths.get("src/file/test.txt");showInfo(filePath);showInfo(filePath.toAbsolutePath());Path dirPath = Paths.get("src", "file");showInfo(dirPath);Path invalidPath = Paths.get("src", "file", "invalid.txt");showInfo(invalidPath);System.out.println("--------------------");URI fileURI = filePath.toUri();System.out.println("URI: " + fileURI);Path fileFromURI = Paths.get(fileURI);System.out.println("Files.exists(fileFromURI): " + Files.exists(fileFromURI));/** Windows 11* --------------------* toString(): src\file\test.txt* exists(): true* isRegularFile(): true* isDirectory(): false* isAbsolute(): false* getFileName(): test.txt* getParent(): src\file* getRoot(): null* --------------------* toString(): D:\IDEA Project\JavaStudy\src\file\test.txt* exists(): true* isRegularFile(): true* isDirectory(): false* isAbsolute(): true* getFileName(): test.txt* getParent(): D:\IDEA Project\JavaStudy\src\file* getRoot(): D:\* --------------------* toString(): src\file* exists(): true* isRegularFile(): false* isDirectory(): true* isAbsolute(): false* getFileName(): file* getParent(): src* getRoot(): null* --------------------* toString(): src\file\invalid.txt* exists(): false* isRegularFile(): false* isDirectory(): false* isAbsolute(): false* getFileName(): invalid.txt* getParent(): src\file* getRoot(): null* --------------------* URI: file:///D:/IDEA%20Project/JavaStudy/src/file/test.txt* Files.exists(fileFromURI): true*/}
}

虽然 toString() 生成的是路径的完整表示，但是可以看到 getFileName() 总是会生成文件的名字。使用 Files 工具类（后面会看到更多），我们可以测试文件是否存在，是否为“普通”文件，是否为目录等等。

在这里，我们看到了文件的 URI 是什么样子的，但 URI 可以用来描述大多数事物，不仅限于文件，然后我们成功地将 URI 转回到了一个 Path 之中。

1.1 获取Path的片段

package file;import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;public class PartsOfPaths {public static void main(String[] args) {Path p = Paths.get("src/file/test.txt").toAbsolutePath();System.out.println("Path: " + p);System.out.println("endsWith(.txt): " + p.endsWith(".txt"));for (int i = 0; i < p.getNameCount(); i++)System.out.print(p.getName(i) + (i == p.getNameCount() - 1 ? "" : "/"));System.out.println();for (Path pName: p) {System.out.println("p.startsWith(" + pName + "): " + p.startsWith(pName));System.out.println("p.endsWith(" + pName + "): " + p.endsWith(pName));}System.out.println("p.startsWith(" + p.getRoot() + "): " + p.startsWith(p.getRoot()));/** Path: D:\IDEA Project\JavaStudy\src\file\test.txt* endsWith(.txt): false* IDEA Project/JavaStudy/src/file/test.txt* p.startsWith(IDEA Project): false* p.endsWith(IDEA Project): false* p.startsWith(JavaStudy): false* p.endsWith(JavaStudy): false* p.startsWith(src): false* p.endsWith(src): false* p.startsWith(file): false* p.endsWith(file): false* p.startsWith(test.txt): false* p.endsWith(test.txt): true* p.startsWith(D:\): true*/}
}

在 getNameCount() 界定的上限之内，我们可以结合索引使用 getName()，得到一个 Path 的各个部分。Path 也可以生成 Iterator，所以我们也可以使用 for-in 来遍历。

注意，尽管这里的路径确实是以 .txt 结尾的，但 endsWith() 的结果是 false。这是因为该方法比较的是整个路径组件（即用 / 分开的每个整体部分，如 test.txt），而不是名字中的一个字串。

还可以看到我们在对 Path 进行遍历时，并没有包含根目录，只有当我们用根目录来检查 startsWith() 时才会得到 true。

1.2 获取Path信息

Files 工具类中包含了一整套用于检查 Path 的各种信息的方法：

package file;import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;public class PathAnalysis {public static void main(String[] args) throws IOException {Path p = Paths.get("src/file/test.txt").toAbsolutePath();System.out.println("exists(): " + Files.exists(p));System.out.println("isDirectory(): " + Files.isDirectory(p));System.out.println("isExecutable(): " + Files.isExecutable(p));System.out.println("isReadable(): " + Files.isReadable(p));System.out.println("isRegularFile(): " + Files.isRegularFile(p));System.out.println("isWritable(): " + Files.isWritable(p));System.out.println("notExists(): " + Files.notExists(p));// 以下方法会抛出IOExceptionSystem.out.println("isHidden(): " + Files.isHidden(p));System.out.println("size(): " + Files.size(p));System.out.println("getFileStore(): " + Files.getFileStore(p));System.out.println("getLastModifiedTime(): " + Files.getLastModifiedTime(p));System.out.println("getOwner(): " + Files.getOwner(p));System.out.println("probeContentType(): " + Files.probeContentType(p));/** exists(): true* isDirectory(): false* isExecutable(): true* isReadable(): true* isRegularFile(): true* isWritable(): true* notExists(): false* isHidden(): false* size(): 30* getFileStore(): Asano (D:)* getLastModifiedTime(): 2023-10-20T02:58:25.335851Z* getOwner(): LAPTOP-23NEHV3U\AsanoSaki (User)* probeContentType(): text/plain*/}
}

1.3 添加或删除路径片段

我们必须能够通过对自己的 Path 对象添加和删除某些路径片段来构建 Path 对象。若想去掉某个基准路径可以使用 relativize()，想在一个 Path 对象的后面添加路径片段可以使用 resolve()：

package file;import java.io.IOException;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;public class AddAndSubPaths {public static void main(String[] args) throws IOException {Path base = Paths.get("src").toAbsolutePath();System.out.println("base: " + base);Path filePath = Paths.get("src/file/test.txt").toAbsolutePath();System.out.println("filePath: " + filePath);Path filePathWithoutBase = base.relativize(filePath);System.out.println("filePathWithoutBase: " + filePathWithoutBase);Path filePathWithBase = base.resolve("file/test.txt");System.out.println("filePathWithBase: " + filePathWithBase);Path workspacePath = Paths.get("");System.out.println("workspacePath: " + workspacePath);System.out.println("workspacePath.toRealPath(): " + workspacePath.toRealPath());/** base: D:\IDEA Project\JavaStudy\src* filePath: D:\IDEA Project\JavaStudy\src\file\test.txt* filePathWithoutBase: file\test.txt* filePathWithBase: D:\IDEA Project\JavaStudy\src\file\test.txt* workspacePath:* workspacePath.toRealPath(): D:\IDEA Project\JavaStudy*/}
}

只有 Path 为绝对路径时，才能将其用作 relativize() 方法的参数。此外还增加了对 toRealPath() 的进一步测试，除了路径不存在的情况下会抛出 IOException 异常，它总是会对 Path 进行扩展和规范化。

2. 文件系统

为了完整起见，我们需要一种方式来找出文件系统的其他信息。在这里，我们可以使用静态的 FileSystems 工具来获得默认的文件系统，也可以在一个 Path 对象上调用 getFileSystem() 来获得创建这个路径对象的文件系统。我们可以通过给定的 URI 获得一个文件系统，也可以构建一个新的文件系统（如果操作系统支持的话）。

package file;import java.nio.file.FileStore;
import java.nio.file.FileSystem;
import java.nio.file.FileSystems;
import java.nio.file.Path;public class FileSystemDemo {public static void main(String[] args) {FileSystem fs = FileSystems.getDefault();for (FileStore s: fs.getFileStores())System.out.println("File Store: " + s);for (Path p: fs.getRootDirectories())System.out.println("Root Directory: " + p);System.out.println("Separator: " + fs.getSeparator());System.out.println("isOpen: " + fs.isOpen());System.out.println("isReadOnly: " + fs.isReadOnly());System.out.println("File Attribute Views: " + fs.supportedFileAttributeViews());/** File Store: OS (C:)* File Store: Asano (D:)* File Store: Saki (E:)* Root Directory: C:\* Root Directory: D:\* Root Directory: E:\* Separator: \* isOpen: true* isReadOnly: false* File Attribute Views: [owner, dos, acl, basic, user]*/}
}

3. 查找文件

java.nio.file 中有一个用于查找文件的类 PathMatcher，可以通过在 FileSystem 对象上调用 getPathMatcher() 来获得一个 PathMatcher 对象，并传入我们感兴趣的查找模式。模式有两个选项：glob 和 regex。glob 更简单，但实际上非常强大，可以解决很多问题，如果问题更为复杂，可以使用 regex。

package file;import java.io.IOException;
import java.nio.file.*;public class FindFiles {public static void main(String[] args) throws IOException {Path filePath = Paths.get("src/file");PathMatcher matcher1 = FileSystems.getDefault().getPathMatcher("glob:**/*.{txt,tmp}");Files.walk(filePath)  // 会抛出IOException.filter(matcher1::matches).forEach(System.out::println);System.out.println("--------------------");PathMatcher matcher2 = FileSystems.getDefault().getPathMatcher("glob:*.txt");Files.walk(filePath).map(Path::getFileName)  // 不加这行代码将不会产生任何输出.filter(matcher2::matches).forEach(System.out::println);/** src\file\FileToWordsBuilder.txt* src\file\test.txt* --------------------* FileToWordsBuilder.txt* test.txt*/}
}

在 matcher1 中，glob 表达式开头的 **/ 表示所有子目录，如果你想匹配的不仅仅是以基准目录为结尾的 Path，那么它是必不可少的，因为它匹配的是完整路径，直到找到想要的结果。单个的 * 表示任何东西，后面的花括号表示的是一系列的可能性，即查找任何以 .txt 或 .tmp 结尾的东西。

注意在 matcher2 中我们只匹配 *.txt，而我们的 filePath 并不在基准目录下，因此需要先用 map() 将文件的完整路径改为只剩最后一段 Path 片段，即 xxx.txt 这种形式，这样才能匹配上。

4. 读写文件

目前为止，我们可以做的只是对路径和目录的操作，现在来看看如何操作文件本身的内容。

java.nio.file.Files 类包含了方便读写文本文件和二进制文件的工具函数。Files.readAllLines() 可以一次性读入整个文件，生成一个 List<String>：

package file;import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;
import java.util.List;public class ReadAllLines {public static void main(String[] args) throws IOException {Path p = Paths.get("src/file/test.txt");List<String> lines = Files.readAllLines(p);  // 会抛出IOExceptionfor (String line: lines)System.out.println(line);System.out.println("--------------------");Files.readAllLines(p).stream().map(line -> line.substring(0, line.length() / 2)).forEach(System.out::println);/** Hello world* Java is a nice language* --------------------* Hello* Java is a n*/}
}

Files.write() 也被重载了，可以将 byte 数组或任何实现了 Iterable 接口的类的对象写入文件：

package file;import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Random;public class FilesWrite {static Random rand = new Random(47);public static void main(String[] args) throws IOException {byte[] bytes = new byte[10];rand.nextBytes(bytes);Path bytesPath = Paths.get("src/file/bytes.txt");Files.write(bytesPath, bytes);  // 会抛出IOExceptionfor (byte b: Files.readAllBytes(bytesPath))System.out.print(b + " ");System.out.println();System.out.println("The size of bytes.txt: " + Files.size(bytesPath));List<String> contents = new ArrayList<>(Arrays.asList("Hello world", "Hello java", "Hello AsanoSaki"));Path filePath = Paths.get("src/file/contents.txt");Files.write(filePath, contents);Files.readAllLines(filePath).stream().forEach(System.out::println);System.out.println("The size of contents.txt: " + Files.size(filePath));/** -107 66 36 -70 22 5 91 102 -85 10* The size of bytes.txt: 10* Hello world* Hello java* Hello AsanoSaki* The size of contents.txt: 42*/}
}

现在我们读取文件时都是将文件全部一次性读入，这可能会有以下的问题：

这个文件非常大，如果一次性读取整个文件，可能会耗尽内存。
我们只需要文件的一部分就能得到想要的结果，所以读取整个文件是在浪费时间。

Files.lines() 可以很方便地将一个文件变为一个由行组成的 Stream：

package file;import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;public class ReadLineStream {public static void main(String[] args) throws IOException {Files.lines(Paths.get("src/file/contents.txt"))  // 会抛出IOException.skip(1).map(String::toUpperCase).forEach(System.out::println);/** HELLO JAVA* HELLO ASANOSAKI*/}
}

如果把文件当作一个由行组成的输入流来处理，那么 Files.lines() 非常有用，但是如果我们想在一个流中完成读取、处理和写入，那该怎么办呢？

package file;import java.io.IOException;
import java.io.PrintWriter;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;
import java.util.stream.Stream;public class StreamInAndOut {public static void main(String[] args) {try (Stream<String> in = Files.lines(Paths.get("src/file/contents.txt"));PrintWriter out = new PrintWriter("src/file/uppercaseContents.txt")) {in.map(String::toUpperCase).forEachOrdered(out::println);} catch (IOException e) {System.out.println("Caught IOException");}}
}