Java EE(11)——文件I(input)/O(output)

一.什么是文件？

1.1文件的概念

文件是存储在计算机储存设备（如硬盘）上的一组相关数据的集合。它可以包含文本，图像，视频，程序代码等各种类型的数据

1.2文件的类型

1.文本文件

文本文件使用字符编码 （如ASCII，UTF-8等）来存储数据。字符编码规定了如何将字符转换为二进制数据，以及如何将二进制数据转换回字符。
2.二进制文件

二进制文件直接存储最原始的二进制数据，它们并不遵循某种字符编码，而是按照特定的文件格式或者协议来组织数据。

当使用记事本试图打开二进制文件的时候，只能看到一堆乱码，因为记事本尝试使用某种字符编码（如UTF-8）将二进制文件中的二进制数据转换为字符 。

就像是二战时期破译电报一样，我方拦截了敌方的某个电报（内容应该是0-9的数字组成，具体我不是很清楚，这里只是类比），如果按照我方的密码本来翻译敌方电报里的内容，翻译出来大概率不是人话。在没有敌方密码本的前提下，很难搞清楚电报里的内容。

1.2文件的存储/管理方式

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？

我之前介绍二叉树/树形结构的时候就提到过文件管理。将整个文件管理系统看作一颗大树，那么每一个文件都可以看作是一个叶子节点 ，而叶子节点和根节点之间连接的桥梁（子树）就是本文引出的新概念------目录（文件夹） 。一个目录下面可以有多个目录，也可以有多个文件，还可以同时拥有目录和文件，如下图

文件是保存在硬盘上的但是因为CPU和硬盘之间的读写速度相差太大，于是就引入了介于两者之间，比硬盘读写速度快很多，储存空间远大于寄存器/缓存的内存

硬件	读写速度	容量大小	成本	断电能否保存数据
CPU(寄存器/缓存)	最快	最小	最高	不能
内存	其次	其次	其次	不能
硬盘	最慢	最大	最低	能

1.3文件路径

在二叉树中，如果要精确地找到一个子节点/叶子节点，需要通过节点的引用来实现。对于这里的文件系统（N叉树）来说，就需要使用文件路径来精确定位目录/文件，文件路径分为两种

    绝对路径：从电脑的根目录一直到达目标目录/文件的路径，进行路径的描述，就叫做绝对路径

例如：D:\gitee\test.-java-ee-primary\File（从根目录D盘开始）

    相对路径：除了可以从根目录开始，我们可以从任意结点出发，进行路径的描述，就被称为相对路径

例如：test.-java-ee-primary\File（从除了根目录的任意目录开始）

二.Java 中操作文件

Java 中通过 java.io.File 类来对一个文（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

2.1初识File

这里的File类只是在目录/问价层面上进行操作，不会影响到文件里面的内容
File构造方法

//根据父目录 + 孩子文件路径，创建一个新的 File 实例
File(File parent, String child)
//根据父目录路径 + 孩子文件路径，创建一个新的 File 实例
File(String parent, String child)
//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 pathname)

File其他成员方法

方法很多，通过代码直接展示

2.2操作文件

public class FileDemo1 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //相对路径
        File file1 = new File(".\\aaa\\bbb\\ccc");
        //绝对路径
        File file2 = new File("D:\\a.text");
        //
        //判断文件是否存在
        System.out.println("file1.exists = " + file1.exists());
        System.out.println("file2.exists = " + file2.exists());
        System.out.println("=====================================================================");
        //获取文件名
        System.out.println("file1.getName = " + file1.getName());
        System.out.println("file2.getName = " + file2.getName());
        System.out.println("=====================================================================");
        //获取当前路径下所有目录/文件名
        System.out.println("file1.list = " + Arrays.toString(file1.list()));
        System.out.println("file2.list = " + Arrays.toString(file2.list()));
        System.out.println("=====================================================================");
        //获取当前路径下所有目录/文件的对象
        System.out.println("file1.listFiles = " + Arrays.toString(file1.listFiles()));
        System.out.println("file2.listFiles = " + Arrays.toString(file2.listFiles()));
        System.out.println("=====================================================================");
        //获取相对路径
        //返回的结果和构造方法中传的参数一模一样
        System.out.println("file1.getPath = " + file1.getPath());
        System.out.println("file2.getPath = " + file2.getPath());
        System.out.println("=====================================================================");
        //获取父路径
        System.out.println("file1.getParent = " + file1.getParent());
        System.out.println("file2.getParent = " + file2.getParent());
        System.out.println("=====================================================================");
        //获取完全路径
        System.out.println("file1.getAbsolutePath = " + file1.getAbsolutePath());
        System.out.println("file2.getAbsolutePath = " + file2.getAbsolutePath());
        System.out.println("=====================================================================");
        //获取优化后的完全路径
        System.out.println("file1.getCanonicalPath = " + file1.getCanonicalPath());
        System.out.println("file2.getCanonicalPath = " + file2.getCanonicalPath());
        System.out.println("=====================================================================");
    }
}
//运行结果
file1.exists = true
file2.exists = false
=====================================================================
file1.getName = ccc
file2.getName = a.text
=====================================================================
//返回的是目录/文件名，本质上是字符串，没有实际作用
file1.list = [a.text]
file2.list = null
=====================================================================
//返回File对象
//假设创建一个file3引用接收
//File file3 = file1.listFiles
//通过file3就可以找到a.text文件
file1.listFiles = [.\aaa\bbb\ccc\a.text]
file2.listFiles = null
=====================================================================
file1.getPath = .\aaa\bbb\ccc
file2.getPath = D:\a.text
=====================================================================
//获取\\ccc的父路径
file1.getParent = .\aaa\bbb
//获取\\a.text的父路径
file2.getParent = D:\
=====================================================================
//\File\.\aaa这中间的"."意思是当前目录，和File等效
file1.getAbsolutePath = D:\gitee\test.-java-ee-primary\File\.\aaa\bbb\ccc
file2.getAbsolutePath = D:\a.text
=====================================================================
//这里把"."给优化了
file1.getCanonicalPath = D:\gitee\test.-java-ee-primary\File\aaa\bbb\ccc
file2.getCanonicalPath = D:\a.text
=====================================================================
//当该文件已经存在时会创建失败并返回false
file1.createNewFile = false
file2.createNewFile = true
=====================================================================
//这里删除\\ccc目录失败的原因是ccc目录下面还有a.text文件
//也就是说，不为空的目录删不了
file1.delete = false
file2.delete = true
=====================================================================

2.3操作目录/文件夹

public class mkdirDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        File file1 = new File("./xxx");
        File file2 = new File("./aaa/bbb/ccc");
        //创建单级目录
        System.out.println(file1.mkdir());
        //创建多级目录
        System.out.println(file2.mkdirs());
        //判断该引用指向的是不是目录
        System.out.println(file1.isDirectory());
        System.out.println(file2.isDirectory());

        //reNameTo
        //用法一：重命名
        //将file3指向的ddd目录重命名为file4指向的fff目录
        //要求xxx目录必须存在，fff目录不存在
        /*File file4 = new File("./aaa");*/  //重命名失败，因为该目录下已经存在aaa目录
        File file3 = new File("./ddd");
        File file4 = new File("./fff");
        System.out.println(file3.renameTo(file4));


        //用法二：转移
        //将file5指向的文件转移到file6指向的zzz目录下
        File file5 = new File("./z.text");
        File file6 = new File("./zzz/z.text");
        System.out.println(file5.renameTo(file6));
    }
}

运行结果如下：

三.文件内容的读写

在操作系统中，文件的读写操作是基于"流"实现的。所谓"流"，就是有序的数据序列。

站在CPU的角度，数据从外部向CPU传输叫做"输入"(input)，从CPU向外传输叫做"输出"(output)

Java的I/O系统对操作系统的"流"进行了一系列的封装，从读写的数据类型来说分为两类，一类以字节 为单位进行读写，一类以字符为单位进行读写

3.1字节流

使用InputStream(读)和OutputStream(写)两个类

3.1.1读字节(InputStream)

InputStream概述和注意事项

abstract class InputStream implements Closeable

因为InputStream是抽象类，这意味着无法直接实例化InputStream，所以我们要实例化它的子类FileInputStream。另外，InputStream实现了Closeable接口，这说明可以调用close来释放资源。
problem1：为什么要调用close方法来释放资源？

在操作系统层面，每打开一个文件，都会占用一个文件描述符。文件描述符是一种有限的系统资源，如果总是打开文件而不关闭，当文件描述符耗尽时就无法打开更多的文件。

problem2如何保证close一定被执行到？

对文件的操作出现异常 或者return语句 可能导致系统资源无法释放，为了应对上述非正常情况，有两种保底的办法

(1).使用finally

//实例化FileInputStream需要抛异常(FileNotFoundException)
        InputStream inputStream = new FileInputStream("./aaa/bbb/ccc/a.text");
        try{
            //其他代码
        }finally {
            //close()需要抛异常(IOException)
            inputStream.close();
        }

(2)使用try with resources(自动执行close)

try(InputStream inputStream = new FileInputStream("./aaa/bbb/ccc/a.text")){
            //其他代码
        }

（注：文件描述符是一个非负整数，用于标识 操作系统打开的文件等。之前我讲初识进程的时候提到过文件描述符表，它作为进程和操作系统之间的桥梁，允许进程对资源进行修改）
read方法

注意事项说了这么多，终于该读文件内容了

//无参数read()
    public static void main1(String[] args){
        try(InputStream inputStream = new FileInputStream("./aaa/bbb/ccc/a.text")) {
            while (true) {
                //无参数read方法的返回值是无符号整数
                //这保证所有的字节值可以被精确表示，避免溢出变成负数
                //虽然返回值是整型，但是字节数据的值不可能大于255
                //所以ret的范围是0~255
                //当读取到最后一个字节后，再次读取会返回-1
                int ret = inputStream.read();
                if (ret == -1) {
                    break;
                }
                System.out.printf("%x ", ret);
                //e4 b9 9d e8 bd ac e8 8b 8d e7 bf 8e
            }
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
    //参数传入字节数组read((byte b[])
    public static void main(String[] args){
        try(InputStream inputStream = new FileInputStream("./aaa/bbb/ccc/a.text")) {
            byte[] array = new byte[40];
            //无参数read方法的返回值是有符号整数
            //所以如果直接用十进制打印byte数组，很有可能出现负数
            //这里的ret表示读取到的字节数量，返回值是真正的整型
            int ret = inputStream.read(array);
            /*System.out.println(Arrays.toString(array));*/
            for (int i = 0; i < ret; i++) {
                System.out.printf("%x ", array[i]);
                //e4 b9 9d e8 bd ac e8 8b 8d e7 bf 8e
            }
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

为什么无参数版本返回值是无符号整数，而一个参数的版本返回值是有符号整数？

前者用于逐字节读取数据，返回的是字节的值 ；后者用于批量读取数据，返回的是读取的字节数量

read还有三个参数的版本

3.1.1写字节(OutputStream)

3.2字符流

使用Reader和Writer两个类

以字符为单位进行读写操作，一次最少读一个字符，使用方法和字节流的两个类差不多，以演示为主，就不赘述了

3.2.1写字符

3.2.1读字符

四.小结

文件IO的内容相对简单，就先介绍到这里，下篇博文开始讲解网络相关的知识