【Node.js】01 —— fs模块全解析

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🔥【Node.js】 fs模块全解析

📢 引言

在Node.js开发中，fs模块犹如一把万能钥匙，解锁着整个文件系统的操作。从读取文件、写入文件、检查状态到目录管理，无所不能。接下来，我们将逐一揭开fs模块中最常用的那些方法神秘面纱，搭配生动的代码示例，让学习过程变得有趣而高效！🌟

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📚 Ⅰ. 同步与异步读取文件

💡 fs.readFileSync() & fs.readFile()

• fs.readFileSync(path, options) ------同步读取文件。接受两个参数：文件路径和回调函数。同步读取文件时，Node.js会阻塞当前执行线程，直到文件读取完毕并将内容返回给调用者。这意味着在文件读取完成之前，程序的其他部分无法继续执行
• fs.readFile(path, options, callback) ------异步读取文件。接受三个参数：文件路径，编码格式和回调函数。异步读取文件时，Node.js并不会阻塞主线程，而是将读取操作交由操作系统在后台执行。当文件读取完成后，Node.js会通过回调函数通知用户程序结果

const fs = require('fs');
// 同步读取文件
try {
	const data = fs.readFileSync('./test-read-sync.txt', 'utf8');
	console.log('同步读取文件-File content:', data);
} catch (err) {
	console.error('同步读取文件出错-Error reading file:', err);
}


// 异步读取文件
fs.readFile('./test-read-async.txt', 'utf8', (err, data) => {
	if (err) {
		console.error('异步读取文件出错-Error reading file:', err);
	} else {
		console.log('异步读取文件-File content:', data);
	}
});

虽然同步读取在逻辑上更简单直观，但它的缺点是如果文件很大或者I/O速度较慢，整个程序可能会暂时挂起，影响整体性能。在大部分场景下，尤其是在强调高性能和高并发的应用中，应当优先考虑使用异步I/O。
异步过程中，Node.js可以继续执行其他任务，提高了程序的并发性能。因此，异步读取通常用于避免I/O操作导致的阻塞，特别是在服务器端处理网络请求时，这能够确保多个请求可以并行处理而不受单一文件读取操作的限制。

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📃 Ⅱ. 同步与异步写入文件

💡 fs.writeFileSync() & fs.writeFile()

• fs.writeFileSync(path, data[, options]) ------同步写入文件。接收三个参数：文件路径（必需）、要写入的数据（必需）以及可选的选项对象（如指定字符编码）。如同步读取文件一样，同步写入文件也会阻塞当前执行线程，直到文件完全写入完成。
• fs.writeFile(path, data[, options], callback) ------异步写入文件。接收三个主要参数：文件路径（必需）、要写入的数据（必需）、可选的选项对象以及一个回调函数。异步写入文件不会阻塞主线程，而是将写入操作安排到事件循环队列中，一旦写入完成，便调用回调函数通知结果。

const fs = require("fs")
// 同步写入文件
try {
	fs.writeFileSync('./test-write-sync.txt', '---这里是被写入的内容---');
	console.log('同步写入文件-File written successfully');
} catch (err) {
	console.error('同步写入文件出错-Error writing file:', err);
}
// 异步写入文件
fs.writeFile('./test-write-async.txt', '---这里是被写入的内容---', (err) => {
	if (err) {
		console.error('异步写入文件出错-Error writing file:', err);
	} else {
		console.log('异步写入文件-File written successfully');
	}
})

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🖋 Ⅲ. 同步与异步追加写入文件

💡 fs.appendFileSync() & fs.appendFile()

• fs.appendFileSync(path, data[, options])------同步追加写入文件。接受两个参数：文件路径和要写入的数据
• fs.appendFile(path, data[, options], callback)------异步追加写入文件。接受三个参数：文件路径、要写入的数据以及回调函数

// 导入fs模块，来操作文件
const fs = require("fs")

// 同步追加写入文件
try {
	fs.appendFileSync('./test-append-sync.txt', '---这里是被追加的内容---');
	console.log('同步追加写入文件-File written successfully');
} catch (err) {
	console.error('同步追加写入文件出错-Error writing file:', err);
}

// 异步追加写入文件
fs.appendFile('./test-append-async.txt', '---这里是被追加的内容---', (err) => {
	if (err) {
		console.error('异步追加写入文件出错-Error writing file:', err);
	} else {
		console.log('异步追加写入文件-File written successfully');
	}
})

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🚀 Ⅳ. 文件状态检查

💡 fs.stat() & fs.statSync()

• fs.stat(path, callback) ------异步获取文件状态信息。此方法接收两个参数：文件路径（必需）以及一个回调函数。回调函数接收两个参数：错误对象（如果有错误发生）和一个fs.Stats对象，该对象包含了文件或目录的各种状态信息。
• fs.statSync(path) ------同步获取文件状态信息。此方法仅接收一个参数：文件路径（必需），并直接返回一个fs.Stats对象，如果不成功，则抛出错误。

const fs = require('fs');

// 异步检查文件状态示例
fs.stat('./test-file.txt', (err, stats) => {
  if (err) {
    console.error('获取文件状态失败:', err);
  } else {
    console.log(`文件类型：${stats.isFile() ? '文件' : stats.isDirectory() ? '目录' : '其他'}`);
    console.log('文件大小（字节）:', stats.size);
    console.log('最后一次修改时间:', stats.mtime.toLocaleString());
  }
});
// 同步检查文件状态示例
try {
  const stats = fs.statSync('./test-file.txt');
  console.log(`文件类型：${stats.isFile() ? '文件' : stats.isDirectory() ? '目录' : '其他'}`);
  console.log('文件大小（字节）:', stats.size);
  console.log('最后一次修改时间:', stats.mtime.toLocaleString());
} catch (err) {
  console.error('获取文件状态失败:', err);
}

fs.Stats对象包含许多有用的属性，如：

• .isFile()：判断是否为普通文件。
• .isDirectory()：判断是否为目录。
• .size：文件或目录占用空间的字节数（如果是目录，通常是目录本身的信息所占空间）。
• .mtime：最后一次修改时间（modification time）的对象，可通过.getTime()获取毫秒时间戳，或.toLocaleString()获取格式化后的本地字符串。

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🔥 V. 目录操作

💡 fs.mkdir() & fs.mkdirSync()

• fs.mkdir(path[, options], callback) ------ 异步创建目录。该方法接收一个必填参数路径，用于指定要创建的新目录的完整路径。还可以传入一个可选的options对象，其中可以设置权限模式或启用递归创建父目录等功能。最后一个参数是可选的回调函数，当目录创建完成后，该函数会被调用并传入错误信息（如果有）。

const fs = require('fs');

// 异步创建目录示例
fs.mkdir('./new-directory', { recursive: true }, (err) => {
  if (err) {
    console.error('创建目录失败:', err);
  } else {
    console.log('目录创建成功: new-directory');
  }
});

• fs.mkdirSync(path[, options]) ------ 同步创建目录。与异步版本相似，但它是同步执行并在出现错误时抛出异常。

try {
  fs.mkdirSync('./new-directory-sync', { recursive: true });
  console.log('目录创建成功: new-directory-sync');
} catch (err) {
  console.error('创建目录失败:', err);
}

💡 fs.rmdir() & fs.rmdirSync()

• fs.rmdir(path, callback) ------ 异步删除目录。此方法用于删除指定的空目录，若目录非空，则操作会失败。

fs.rmdir('./empty-directory', (err) => {
  if (err) {
    console.error('删除目录失败:', err);
  } else {
    console.log('空目录删除成功: empty-directory');
  }
});

• fs.rmdirSync(path) ------ 同步删除目录。与异步版本相同，但同步执行并在删除失败时抛出异常。

try {
  fs.rmdirSync('./empty-directory-sync');
  console.log('空目录删除成功: empty-directory-sync');
} catch (err) {
  console.error('删除目录失败:', err);
}

另外，Node.js 还提供了诸如 fs.readdir()（异步读取目录内容）和 fs.readdirSync()（同步读取目录内容）等方法，用于枚举指定目录中的文件和子目录。同时，还有 fs.promises.readdir() 提供基于Promise的异步API。

// 异步读取目录内容
fs.readdir('./directory', (err, files) => {
  if (err) throw err;
  console.log('目录内容:', files);
});

// 同步读取目录内容
try {
  const files = fs.readdirSync('./directory');
  console.log('目录内容:', files);
} catch (err) {
  console.error('读取目录内容失败:', err);
}

// 基于Promise的异步读取目录内容
fs.promises.readdir('./directory')
  .then(files => console.log('目录内容:', files))
  .catch(err => console.error('读取目录内容失败:', err));

借助这些方法，开发者可以在Node.js应用程序中有效地管理和操作目录结构，包括新建目录、删除空目录，以及浏览目录内文件列表。在具体应用时，同步操作适用于简单脚本或预期不会长时间阻塞的情况，而异步操作则常用于构建高性能、非阻塞的应用程序。

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🌈 VI. 打开文件

💡 fs.openSync() & fs.open()

• fs.openSync(path, flags[, mode]) ------ 同步打开文件。接受三个参数：文件路径、文件打开模式和文件访问模式，返回一个文件描述符
• fs.open(path, flags[, mode], callback) ------ 异步打开文件。接受四个参数：文件路径、文件打开模式、文件访问模式和回调函数

const fs = require("fs")
// 同步打开文件
try {
	const fd = fs.openSync('./test-read-async.txt', 'r');
	console.log('同步打开文件openSync-File descriptor:', fd);
	fs.readFile(fd, 'utf8', (readErr, data) => {
		if (readErr) {
			console.error('Failed to read file:', readErr);
		} else {
			console.log('File content:', data);
			// 在读取完成后记得关闭文件描述符
			fs.close(fd, closeErr => {
				if (closeErr) console.error('Failed to close file:', closeErr);
			});
		}
	});
} catch (err) {
	console.error('同步打开文件出错openSync-Error opening file:', err);
}
// 异步打开文件
fs.open('./test-read-async.txt', 'r', (err, fd) => {
	if (err) {
		console.error('异步打开文件出错open-Error opening file:', err);
	} else {
		console.log('异步打开文件open-File descriptor:', fd);
		// 假设我们在这里根据文件描述符读取文件内容
		fs.readFile(fd, 'utf8', (readErr, data) => {
			if (readErr) {
				console.error('Failed to read file:', readErr);
			} else {
				console.log('File content:', data);
				// 在读取完成后记得关闭文件描述符
				fs.close(fd, closeErr => {
					if (closeErr) console.error('Failed to close file:', closeErr);
				});
			}
		});
	}
})

⚠️ 名词解释

文件描述符：文件描述符（File Descriptor）在计算机操作系统中扮演着至关重要的角色，特别是在类Unix系统（如Linux、Mac OS X等）中。文件描述符是一种轻量级的句柄，它是操作系统内部用来跟踪和管理打开文件的一种机制。它是一个整数值，用来唯一标识进程中打开的文件或其他输入/输出资源

通过文件描述符，进程可以高效地与内核交互，执行对文件的读、写、关闭以及其他高级I/O操作，无需每次都通过文件路径去访问文件

文件打开模式（flags）：用于指定如何打开和处理文件。以下是常见的文件打开模式：

/* 文件访问模式
* 'r' - 只读模式。如果文件不存在，openSync()会抛出一个错误。
* 'r+' - 读写模式。文件必须存在，否则会抛出错误。在这种模式下，你可以从文件的当前偏移位置开始读取和写入。
* 'w' - 只写模式。如果文件存在，其内容会被清空；如果文件不存在，则会被创建。
* 'w+' - 读写模式。同'w'，也会清空文件内容，然后允许读取和写入。文件如果不存在会被创建。
* 'a' - 追加模式。打开文件以追加数据。如果文件不存在，会被创建。所有写入的数据都被追加到文件的末尾，不会改变已有内容。
* 'a+' - 读写追加模式。允许读取和追加数据。追加写入同'a'，同时也允许从当前文件指针位置读取文件内容。
* 'x' - 创建并写入模式。如果文件已存在，则操作失败，否则创建新文件并写入。
* 'x+' - 创建并读写模式。同'x'，但是也允许读取。
* 's' 和 'S'（Windows平台特有） - 打开文件并安全地同步I/O操作，防止其他进程在同一时刻访问该文件。
* */

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🌟 VII. 删除文件

💡 fs.unlink() & fs.unlinkSync()

• fs.unlink(path, callback) ------ 异步删除文件。这个方法用于删除指定的文件，接收文件路径作为参数，并提供一个回调函数用于处理可能出现的错误。

fs.unlink('./test-delete-file.txt', (err) => {
  if (err) {
    console.error('删除文件失败:', err);
  } else {
    console.log('文件删除成功: test-delete-file.txt');
  }
});

• fs.unlinkSync(path) ------ 同步删除文件。同步版的删除文件方法，同样接收文件路径作为参数，但在遇到错误时会抛出异常。

try {
  fs.unlinkSync('./test-delete-file-sync.txt');
  console.log('文件删除成功: test-delete-file-sync.txt');
} catch (err) {
  console.error('删除文件失败:', err);
}

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🎯 VIII. 重命名或移动文件/目录

💡 fs.rename() & fs.renameSync()

• fs.rename(oldPath, newPath, callback) ------ 异步重命名或移动文件/目录。这两个参数分别代表当前文件路径和新的目标路径，重命名或移动完成后执行回调函数。

fs.rename('./old-name.txt', './new-name.txt', (err) => {
  if (err) {
    console.error('重命名文件失败:', err);
  } else {
    console.log('文件重命名成功: old-name.txt -> new-name.txt');
  }
});

• fs.renameSync(oldPath, newPath) ------ 同步重命名或移动文件/目录。与异步版本功能相同，但在重命名或移动过程中遇到错误时会立即抛出异常。

try {
  fs.renameSync('./old-dir', './new-dir');
  console.log('目录重命名成功: old-dir -> new-dir');
} catch (err) {
  console.error('重命名目录失败:', err);
}

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🗄 IX. 复制文件

由于Node.js标准库fs模块并没有直接提供复制文件的方法，但可以通过读取源文件内容后写入到目标文件实现文件复制。以下是一个简单的异步文件复制示例：

const fsPromises = require('fs').promises;

async function copyFile(src, dest) {
  try {
    const data = await fsPromises.readFile(src);
    await fsPromises.writeFile(dest, data);
    console.log(`文件复制成功: ${src} -> ${dest}`);
  } catch (err) {
    console.error('文件复制失败:', err);
  }
}

copyFile('./source.txt', './destination.txt');

对于同步版本，可以使用fs.readFileSync()和fs.writeFileSync()配合实现类似功能。

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🔐 X. 文件权限及所有权更改

• fs.chmod(path, mode, callback) & fs.chmodSync(path, mode) ------ 修改文件或目录的权限模式。
• fs.chown(path, uid, gid, callback) & fs.chownSync(path, uid, gid) ------ 更改文件的所有者和组ID。

这两个方法主要用于调整文件系统的权限和所有权，其中mode参数采用八进制数字表示权限（如0o755），uid和gid则是用户的ID和组ID。在处理这些涉及权限的操作时务必谨慎，因为不正确的操作可能导致安全问题或服务中断。

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🏁 总结

Node.js 内置的 fs 模块以其强大的文件系统功能，赋予开发者对文件和目录进行全方位管理的能力。无论是处理文本文件、目录结构，还是变更权限，fs 模块都能轻松应对：

• 读写操作 ：fs.readFileSync() 和 fs.readFile() 实现异步和同步读取文件，而 fs.writeFileSync(), fs.writeFile() 以及 fs.appendFileSync()、fs.appendFile() 则分别用于同步与异步写入和追加内容到文件中。异步读写能有效避免 I/O 阻塞，提升程序响应速度和并发能力。

• 文件状态查询 ：fs.stat() 和 fs.statSync() 可获取文件或目录的状态信息，如类型、大小、最后修改时间等。

• 目录管理 ：fs.mkdir(), fs.mkdirSync() 创建目录，支持递归创建父级目录；fs.rmdir(), fs.rmdirSync() 删除空目录；fs.readdir() 和 fs.readdirSync() 则用于读取目录内容。

• 文件删除 ：fs.unlink() 和 fs.unlinkSync() 用于异步和同步删除文件。

• 文件重命名/移动 ：fs.rename() 和 fs.renameSync() 支持对文件或目录进行重命名或移动操作。

• 文件复制 ：尽管 fs 模块未提供直接的复制文件方法，但可以通过读取源文件内容并写入目标文件的方式来实现。

• 权限管理 ：fs.chmod() 和 fs.chmodSync() 可以修改文件或目录的权限模式；fs.chown() 和 fs.chownSync() 用于更改文件的所有者和所属组。

综合运用这些方法，Node.js 开发者可以根据实际需求灵活选择同步或异步操作，优化代码性能，确保在开发各种类型的文件系统相关应用时游刃有余。不过需要注意的是，在处理敏感操作如权限更改时，应格外小心以避免潜在的安全风险和系统稳定性问题。