IO系列(三) - 文件讀寫操作介紹

一、摘要

在之前的文章中，我們了解到在 Java I/O 體系中，File 類是唯一代表磁盤文件本身的對象。

File 類定義了一些與平臺無關的方法來操作文件，包括檢查一個文件是否存在、創建、刪除文件、重命名文件、判斷文件的讀寫權限是否存在、設置和查詢文件的最近修改時間等等操作。

值得注意的地方是，Java 中通常的 File 并不代表一個真實存在的文件對象，當你通過指定一個路徑描時，它就會返回一個代表這個路徑相關聯的一個虛擬對象，這個可能是一個真實存在的文件或者是一個包含多個文件的目錄。

下面我們一起來看看 File 類有哪些操作方法，以及實際使用過程中如何避坑。

二、File 類介紹

大家 JDK 中源代碼，你會發現 File 類沒有無參構造方法，最常用的是使用下面的構造方法來生成 File 對象。

以 windows 操作系統為例，操作文件的方式如下！

// 指定一個完整路徑，獲取文件對象
File file = new File("D:\\Files\\test.txt");
System.out.println(file1.getName());// 指定一個父文件路徑和子文件名稱，獲取文件對象
File file = new File("D:\\Files", "test.txt");
System.out.println(file2.getName());

File 類中定義了很多關于 File 對象的一些操作方法，我們通過一段代碼一起來看看。

public static void main(String[] args) throws Exception {// 指定一個文件完整路徑，獲取文件對象File file = new File("D:\\Files\\test.txt");// 獲取文件父節點目錄對象File parentFile = file.getParentFile();// 判斷指定路徑的文件目錄是否存在if(parentFile.exists()){System.out.println("文件目錄存在");} else {// 創建文件夾，可以自動創建多級文件夾parentFile.mkdirs();System.out.println("文件目錄不存在，創建一個文件目錄");}// 判斷指定父節點路徑的是否是一個目錄if(parentFile.isDirectory()){System.out.println("父節點路徑是一個目錄");}// 判斷指定路徑的文件是否存在if(file.exists()){System.out.println("文件存在");} else {// 創建文件file.createNewFile();System.out.println("文件不存在，創建一個文件");}// 獲取目錄下的所有文件/文件夾（僅該層路徑下）File[] files = parentFile.listFiles();System.out.print("路徑下有文件：");for (File f : files) {System.out.print(f + "；");}System.out.println();// 獲取文件名、文件夾名System.out.println("files[0]的文件名：" + files[0].getName());// 獲取文件、文件夾路徑System.out.println("files[0]的文件路徑：" + files[0].getPath());// 獲取文件、文件夾絕對路徑System.out.println("files[0]的絕對路徑：" + files[0].getAbsolutePath());// 獲取文件父目錄路徑System.out.println("files[0]的父文件夾名：" + files[0].getParent());// 判斷文件、文件夾是否存在System.out.println(files[0].exists() ? "files[0]的存在" : "files[0]的不存在");// 判斷文件是否可寫System.out.println(files[0].canWrite() ? "files[0]的可寫" : "files[0]的不可寫");// 判斷文件是否可讀System.out.println(files[0].canRead() ? "files[0]的可讀" : "files[0]的不可讀");// 判斷文件是否可執行System.out.println(files[0].canExecute() ? "file[0]可執行" : "file[0]不可執行");// 判斷文件、文件夾是不是目錄System.out.println(files[0].isDirectory() ? "files[0]的是目錄" : "files[0]的不是目錄");// 判斷拿文件、文件夾是不是標準文件System.out.println(files[0].isFile() ? "files[0]的是文件" : "files[0]的不是文件");// 判斷路徑名是不是絕對路徑System.out.println(files[0].isAbsolute() ? "files[0]的路徑名是絕對路徑" : "files[0]的路徑名不是絕對路徑");// 獲取文件、文件夾上一次修改時間System.out.println("files[0]的最后修改時間：" + files[0].lastModified());// 獲取文件的字節數，如果是一個文件夾則這個值為0System.out.println("files[0]的大小：" + files[0].length() + " Bytes");// 獲取文件路徑URI后的路徑名System.out.println("files[0]的路徑轉換為URI：" + files[0].toURI());// 下面的代碼邏輯，假設目錄下有3個以上文件// 對文件重命名File newfile = new File(file.getParentFile(), "22.txt");  //新的文件名稱files[0].renameTo(newfile);// 刪除指定的文件、文件夾files[1].delete();// 當虛擬機終止時刪除指定的文件、文件夾files[2].deleteOnExit();
}

輸出結果如下：

文件目錄存在
父節點路徑是一個目錄
文件存在
路徑下有文件：D:\Files\1.txt；D:\Files\2.txt；D:\Files\3.txt；
files[0]1.txt
files[0]的文件路徑：D:\Files\1.txt
files[0]的絕對路徑：D:\Files\1.txt
files[0]的父文件夾名：D:\Files
files[0]的存在
files[0]的可寫
files[0]的可讀
file[0]不可執行
files[0]的不是目錄
files[0]的是文件
files[0]的路徑名是絕對路徑
files[0]的最后修改時間：1686814709000
files[0]的大小：8 Bytes
files[0]的路徑轉換為URI：file:/D:/Files/1.txt

示例代碼中，基本比較全面地演示了 File 的一些基本用法，比如文件或者文件夾的新增、重命名、刪除，以及獲取文件或者文件夾相關信息等操作。

其中有兩點地方，值得注意：

第一個就是分隔符的問題。不同的操作系統，路徑分隔符是不一樣的，這個可以通過File.separator解決，具體實現看下面
第二個就是刪除的如果是一個文件夾的話，文件夾下還有文件/文件夾，是無法刪除成功的

關于不同操作系統下的路徑符號問題解決辦法！（windows->“\”;Linux->“/”）

在實際的編程過程中，我們不可能為了區分操作系統，然后又單獨寫一份文件路徑。

可以通過File.separator來實現跨平臺的編程邏輯，File.separator會根據不同的操作系統取不同操作系統下的分隔符。

以上面的示范代碼為例，我們可以對寫法進行如下改造！

// windows 系統下的文件絕對路徑定義方式
String path = "d:"+File.separator +"Files"+File.separator+"text.txt";
File file = new File(path);

文件的路徑結果會與預期一致！

三、文件的讀寫操作

對文件的讀寫，可以通過字節流或者字符流接口來完成，但不管哪種方式，大致分以下幾個步驟完成。

第一步：獲取一個文件 file 對象
第二步：通過 file 對象，獲取一個字節流或者字符流接口的對象，進行讀寫操作
第三步：關閉文件流

具體的代碼實踐如下！

3.1、通過字節流接口寫入

字節流接口的文件寫入，可以通過OutputStream下的子類FileOutputStream來實現文件的數據寫入操作。

具體實例如下：

// 創建一個 readWriteDemo.txt 文件
File file = new File("readWriteDemo.txt");
if(!file.exists()){file.createNewFile();
}// 向文件中寫入數據(這種方式會覆蓋原始數據)
OutputStream outputStream = new FileOutputStream(file);
String str = "我們一起學習Java";
outputStream.write(str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
outputStream.close();

上面的操作方式會覆蓋原始數據，如果想在已有的文件里面，進行追加寫入數據，可以如下方式實現。

// 追加數據寫入(這種方式不會覆蓋原始數據)
OutputStream appendOutputStream = new FileOutputStream(file, true);
String str = "-----這是追加的內容------";
appendOutputStream.write(str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
appendOutputStream.close();

3.2、通過字節流接口讀取

字節流方式的文件讀取，可以通過InputStream下的子類FileInputStream來實現文件的數據讀取操作。

具體實例如下：

// 獲取 readWriteDemo.txt 文件
File file = new File("readWriteDemo.txt");
if(file.exists()){// 獲取文件流InputStream input = new FileInputStream(file);// 臨時區byte[] buffer = new byte[1024];// 分次讀取數據，每次最多讀取1024個字節，將數據讀取到臨時區之中，同時返回讀取的字節個數，如果遇到文件末尾，會返回-1int len;while ((len = input.read(buffer)) > -1) {// 字節轉為字符串String msg = new String(buffer, 0, len, StandardCharsets.UTF_8);System.out.println(msg);}// 數據讀取完畢之后，關閉輸入流input.close();
}

3.3、通過字符流接口寫入

在之前的文章中，我們了解到為了簡化字符的數據傳輸操作，JDK 提供了 Writer 與 Reader 字符流接口。

字符流方式的文件寫入，可以通過Writer下的子類FileWriter來實現文件的數據寫入操作。

具體實例如下：

// 創建一個 newReadWriteDemo.txt 文件
File file = new File("newReadWriteDemo.txt");
if(!file.exists()){file.createNewFile();
}
// 實例化Writer類對象
Writer out = new FileWriter(file) ;
// 輸出字符串
out.write("Hello");
// 輸出換行
out.write("\n");
// 追加信息，append 方法底層本質調用的是 write 方法
out.append("我們一起來學習Java");// 關閉輸出流
out.close();

3.4、通過字符流接口讀取

字符流方式的文件讀取，可以通過Reader下的子類FileReader來實現文件的數據讀取操作。

具體實例如下：

// 創建一個 newReadWriteDemo.txt 文件
File file = new File("newReadWriteDemo.txt");
if(file.exists()){// 實例化輸入流Reader reader = new FileReader(file);// 臨時區char[] buffer = new char[1024];// 分次讀取數據，每次最多讀取1024個字符，將數據讀取到臨時區之中，同時返回讀取的字節個數，如果遇到文件末尾，會返回-1int len;while ((len = reader.read(buffer)) > -1) {// 字符轉為字符串String msg = new String(buffer, 0, len);System.out.println(msg);}// 關閉輸入流reader.close();
}

3.5、文件拷貝

在實際的軟件開發過程中，避免不了文件拷貝。通過以上的接口方法，我們可以很容易的寫出一個文件復制的方法。

比如以字節流操作為例，具體實例如下：

// 1. 創建一個字節數組作為數據讀取的臨時區
byte[] buffer = new byte[1024];
// 2. 創建一個 FileInputStream 對象用于讀取文件
InputStream input = new FileInputStream(new File("input.txt"));
// 3. 創建一個 FileOutputStream 對象用于寫入文件
OutputStream output = new FileOutputStream(new File("output.txt"));
// 4. 循環讀取文件內容到臨時區，并將臨時區中的數據寫入到輸出文件中
int length;
while ((length = input.read(buffer)) != -1) {output.write(buffer, 0, length);
}
// 5. 關閉輸入流
input.close();
// 6. 關閉輸出流
output.close();

除此之外，JDK 也支持采用緩存流讀寫技術來實現數據的高效讀寫。

之所為高效，是因為字節緩沖流內部維護了一個緩沖區，讀寫時先將數據存入緩沖區中，當緩沖區滿時再將數據一次性讀取出來或者寫入進去，這樣可以減少與磁盤實際的 I/O 操作次數，可以顯著提升讀寫操作的效率。

比如以字節流緩沖流為例，包裝類分別是：BufferedInputStream（字節緩存輸入流）和 BufferedOutputStream（字符緩存輸入流）。

采用緩沖流拷貝文件，具體實例如下：

// 1. 創建一個字節數組作為數據讀取的臨時區
byte[] buffer = new byte[1024];
// 2. 創建一個 BufferedInputStream 緩存輸入流對象用于讀取文件
InputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(new File("input.txt")));
// 3. 創建一個 BufferedOutputStream 緩存輸出流對象用于寫入文件
OutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(new File("output.txt")));// 4. 循環讀取文件內容到臨時區，并將緩沖區中的數據寫入到輸出文件中
int length;
while ((length = bis.read(buffer)) != -1) {bos.write(buffer, 0, length);
}
// 5. 關閉輸入流
bis.close();
// 6. 關閉輸出流
bos.close();

在大文件的拷貝中，使用緩存流比不使用緩存流技術至少快 10 倍，耗時是很明顯的，大家可以親自試一下。

四、字節流與字符流的互轉

在之前的文章中，我們了解到字節流與字符流，兩者其實是可以互轉的。

其中 InputStreamReader 和 OutputStreamWriter 就是轉化橋梁。

4.1、字節流轉字符流的操作

字節流轉字符流的操作，主要體現在數據的讀取階段，轉化過程如下圖所示：

以上文中的字節流接口讀取文件為例，如果我們想要轉換字符流接口來讀取數據，具體的操作方式如下：

// 獲取 readWriteDemo.txt 文件
File file = new File("readWriteDemo.txt");
if(file.exists()){// 獲取字節輸入流InputStream inputStream = new FileInputStream(file);// 轉字符流輸入流，指定 UTF_8 編碼規則，讀取數據Reader reader = new InputStreamReader(inputStream, StandardCharsets.UTF_8);// 緩沖區char[] buffer = new char[1024];// 分次讀取數據，每次最多讀取1024個字符，將數據讀取到緩沖區之中，同時返回讀取的字節個數int len;while ((len = reader.read(buffer)) > -1) {// 字符轉為字符串String msg = new String(buffer, 0, len);System.out.println(msg);}// 關閉輸入流reader.close();inputStream.close();
}

當讀取數據的時候，先通過字節流讀取，再轉成字符流讀取。

字節流轉字符流，需要指定編碼規則，如果沒有指定，會取當系統默認的編碼規則。

4.2、字符流轉字節流的操作

字符流轉字節流的操作，主要體現在數據的寫入階段，轉化過程如下圖所示：

以上文中的字節流接口寫入文件為例，如果我們想要轉換字符流接口來寫入數據，具體的操作方式如下：

// 創建一個 newReadWriteDemo.txt 文件
File file = new File("readWriteDemo.txt");
if(!file.exists()){file.createNewFile();
}// 獲取字節輸出流
OutputStream outputStream = new FileOutputStream(file);
// 轉字符流輸出流，指定 UTF_8 編碼規則,寫入數據
Writer out = new OutputStreamWriter(outputStream, StandardCharsets.UTF_8);
// 輸出字符串
out.write("Hello");
// 輸出換行
out.write("\n");
// 追加信息，append 方法底層本質調用的是 write 方法
out.append("我們一起來學習Java");// 關閉輸出流
out.close();
outputStream.close();