Java的文件知识与IO操作

一，文件管理最核心、最有效的组织思想

1）树形结构

2）目录

注意

路径分隔符
Windows：使用反斜杠
macOS / Linux：使用正斜杠

二，文件路径

绝对路径
定义：从文件系统的根目录开始，完整地指定文件位置的路径
特点：具有唯一性。无论你的当前目录在哪里，同一个文件的绝对路径始终是相同的
作用：用于精确、无歧义地定位一个文件
相对路径
定义：以当前工作目录为起点，来描述目标文件位置的路径
特点：它依赖于你当前的位置。在不同的目录下，指向同一个文件的相对路径是不同的
作用：更加简洁、灵活，特别适用于项目内部的文件引用

三，文件分类

1）文本文件

文本文件是一种其内容完全由字符构成的文件。这些字符来自一个特定的字符集（如英文字母、数字、标点符号、换行符等）。计算机将这些字符按照某种字符编码规则（ASCII，UTF-8等）转换成数字存储起来

2）二进制文件

二进制文件存储的不是"字符"，而是原始的字节序列。这些字节可以代表任何东西：像素颜色、机器指令、音频样本、压缩数据等。它没有"字符编码"的概念，其格式完全由创建它的应用程序定义

四，File类

File类位于 java.io 包中，用于文件和目录的创建、删除、重命名等操作，可以获取文件属性信息

1）File类常见的构造方法

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// 1. 通过路径字符串创建
File(String pathname)
// 这种情况为相对路径 - 相对于当前工作目录
File file1 = new File("data.txt");
// 2. 通过父路径和子路径创建  
File(String parent, String child)
// 这种情况将在父路径下创建一个字路径
File file2 = new File("C:/Users/john", "documents/report.pdf");
// 3. 通过父File对象和子路径创建
File(File parent, String child)
File parentDir = new File("C:/workspace");
// 创建子文件
File sourceFile = new File(parentDir, "src/Main.java");

2）File类与路径相关的常见方法

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File file = new File("testDir/../src/Main.java");

System.out.println("Path: " + file.getPath());
// 输出: Path: testDir/../src/Main.java

System.out.println("Absolute Path: " + file.getAbsolutePath());
// 输出: Absolute Path: /workspace/testDir/../src/Main.java

System.out.println("Canonical Path: " + file.getCanonicalPath());
// 输出: Canonical Path: /workspace/src/Main.java

System.out.println("Name: " + file.getName());
// 输出: Name: Main.java

System.out.println("Parent: " + file.getParent());
// 输出: Parent: testDir/../src

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File file = new File("/home/user/documents");

System.out.println("Is Absolute: " + file.isAbsolute()); // true
System.out.println("Exists: " + file.exists()); // 检查是否存在
System.out.println("Is Directory: " + file.isDirectory()); // 是否为目录

3）File类操作文件或目录

创建文件（createNewFile()）
特点：
返回boolean类型值
只能创建文件，不能创建目录
如果文件已存在，返回 false
需要处理 IOException

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File file = new File("newFile.txt");

try {
    if (file.createNewFile()) {
        System.out.println("文件创建成功！");
    } else {
        System.out.println("文件已存在或创建失败");
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

删除文件与空目录（delete()）
特点：
返回boolean类型值
可以删除文件或空目录
删除后无法恢复
如果文件被占用，删除可能失败

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File file = new File("fileToDelete.txt");

if (file.delete()) {
    System.out.println("文件删除成功！");
} else {
    System.out.println("文件删除失败（文件不存在或正在被使用）");
}



File emptyDir = new File("emptyDirectory");

if (emptyDir.delete()) {
    System.out.println("空目录删除成功！");
} else {
    System.out.println("目录删除失败（目录不为空或不存在）");
}

创建目录（mkdirs()和mkdir())
mkdirs() 方法会创建此 File 对象所表示的目录，包括所有必需但不存在的父目录，它会递归地创建整个目录路径
mkdir() 方法尝试创建此 File 对象所表示的目录

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File dir = new File("newDirectory");

if (dir.mkdir()) {
    System.out.println("目录创建成功！");
} else {
    System.out.println("目录创建失败（可能父目录不存在）");
}




File multiDir = new File("parent/child/grandchild");

if (multiDir.mkdirs()) {
    System.out.println("多级目录创建成功！");
} else {
    System.out.println("多级目录创建失败");
}

目录遍历方法list()和listFiles()

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File directory = new File("C:/test");

// 获取目录中的所有文件和目录的File对象
File[] files = directory.listFiles();

if (files != null) {
    System.out.println("目录详细信息:");
    for (File file : files) {
        System.out.println("名称: " + file.getName());
        System.out.println("路径: " + file.getAbsolutePath());
        System.out.println("类型: " + (file.isFile() ? "文件" : "目录"));
        System.out.println("大小: " + file.length() + " bytes");
        System.out.println("可读: " + file.canRead());
        System.out.println("可写: " + file.canWrite());
        System.out.println("最后修改: " + new Date(file.lastModified()));
        System.out.println("---");
    }
} else {
    System.out.println("指定的路径不是目录或无法访问");
}

4）deleteOnExit()

deleteOnExit() 是 File 类中的一个方法，它在 JVM 虚拟机正常退出时删除此抽象路径名表示的文件或目录

特点：

延迟删除：不是立即删除，而是注册一个删除钩子

JVM 退出时执行：只有在虚拟机正常终止时才会执行删除

不可取消：一旦注册，无法取消删除操作

适用于临时文件：主要用于程序运行期间创建的临时文件清理

5）renameTo()

renameTo()是Java File类中的一个方法，用于重命名或移动文件/目录

重命名功能

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import java.io.File;

public class RenameExample {
    public static void main(String[] args) {
        File oldFile = new File("oldname.txt");
        File newFile = new File("newname.txt");
        
        if (oldFile.renameTo(newFile)) {
            System.out.println("文件重命名成功");
        } else {
            System.out.println("文件重命名失败");
        }
    }
}

移动功能

java 复制代码

import java.io.File;

public class MoveFileExample {
    public static void main(String[] args) {
        File sourceFile = new File("source.txt");
        File destFile = new File("new_directory/source.txt");
        
        // 确保目标目录存在
        new File("new_directory").mkdirs();
        
        if (sourceFile.renameTo(destFile)) {
            System.out.println("文件移动成功");
        } else {
            System.out.println("文件移动失败");
        }
    }
}

五，流

计算机科学中，"流"就是一个抽象概念：

核心思想：它代表了一个连续、有序的数据序列，可以从源端连续地传输到目的端
关键优势：无需一次性将所有数据加载到内存中。这对于处理大型文件（如几个GB的视频文件）至关重要，因为内存可能根本无法容纳整个文件。流允许你像"拧开水龙头"一样，一小块一小块地处理数据。
抽象性： "流"隐藏了底层数据源和数据目的地的具体细节。无论是来自硬盘上的文件、网络连接、内存块，还是键盘输入，在程序眼中，它们都可以被统一看作是"流"

流的分类:

六，字节输入流InputStream

InputStream 是所有字节输入流的基类，它是一个抽象类，定义了字节输入流的基本操作方法，对于文件来说FileInputStream是实现该抽象类的字节输入流

1）InputStream中的重要方法

注意：

InputStream中的方法都声明了throws IOException需要对异常进行处理
read()返回值看似是int实则是byte，取值为0-255
原因：计算机读取文件时，实际读到的数据是无符号8位整数（0-255），但Java的byte类型是有符号的（-128到127）。为了避免混淆和方便表示EOF，API设计者选择用int来包装这个无符号字节值

java 复制代码

// 如果只返回byte（0-255），没有额外的值表示"结束"
int result = inputStream.read();
if (result == -1) {
    // 文件结束
    // 如果byte是无符号0-255，就没有-1这个值了
}

除无参数read方法以外，另外两个方法返回值都是读取到的实际长度
一般使用read()较少，由于一次仅读一个字节效率较低

2）FileInputStream的构造方法

FileInputStream的构造方法的参数就是要确定需要读入程序的文件

java 复制代码

// 通过文件路径创建
FileInputStream(String name)

// 通过File对象创建
FileInputStream(File file)

在具体使用时一定要记得关闭资源因此需要搭配try使用

有两种使用方案

将InputStream定义在try外部

java 复制代码

InputStream is = null;
try {
    //如果定义在内部，由于Java 的变量作用域规则执行final语句时is已经离开了作用域
    // InputStream is = new FileInputStream("test.txt"); 
    is = new FileInputStream("test.txt");
    // 使用流
} finally {
        is.close();
}

使用try-with-resources（推荐使用）
try-with-resources用于自动资源管理，它确保在语句结束时自动关闭所有实现了 AutoCloseable 或 Closeable 接口的资源，简单来说就是会自动关闭资源

java 复制代码

//能放入括号里的都是实现了 AutoCloseable或Closeable接口的
try (InputStream is = new FileInputStream("test.txt")) {
    // 使用流...
    // 自动关闭，无需 finally
}

注意，不关闭资源将会造成资源泄露，可能造成严重后果

七，字节输出流OnputStream

Java中的字节输出流 OutputStream 是所有输出字节流的抽象基类。它定义了写入字节数据的基本方法。具体实现类如FileOutputStream

1）核心方法write

2)FileOutputStream的构造方法

java 复制代码

// 覆盖模式写入
FileOutputStream fos1 = new FileOutputStream("output.txt");

// 追加模式写入
FileOutputStream fos2 = new FileOutputStream("output.txt", true);

// 使用File对象
File file = new File("output.txt");
FileOutputStream fos3 = new FileOutputStream(file);

//使用File对象的追加模式写入
File file = new File("output.txt");
FileOutputStream fos3 = new FileOutputStream(file,true);

重点在于追加模式

打开OutputStream对象时默认会清空文件原有内容，因此在需要保存原内容时，应采用追加模式

八，字符输入流Reader

Reader 是 Java 中用于读取字符流的抽象基类，与 InputStream（字节流）相对应

1）read方法

与InputStream相似

java 复制代码

// 1. 读取单个字符无参数read
public int read() throws IOException {
    char[] cb = new char[1];
    if (read(cb, 0, 1) == -1) return -1;
    else return cb[0];
}

// 2. 读取到字符数组
public int read(char[] cbuf) throws IOException {
    return read(cbuf, 0, cbuf.length);
}

// 3. 读取到字符数组的一部分
public abstract int read(char[] cbuf, int off, int len) throws IOException;

注意：由于读取的是字符可能需考虑编码问题

2）FileReader构造方法

java 复制代码

// 1. 通过文件路径
FileReader(String fileName)

// 2. 通过File对象
FileReader(File file)

注意，字符输入流同样需要关闭资源，使用方法同InputStream

九，字符输出流Writer

Writer 是 Java 中用于写入字符流的抽象基类，与 OutputStream（字节流）相对应，但处理的是字符数据。

1）核心方法write

java 复制代码

// 写入单个字符
public void write(int c) throws IOException

// 写入字符数组
public void write(char cbuf[]) throws IOException

// 写入字符数组的一部分
abstract public void write(char cbuf[], int off, int len) throws IOException

// 写入字符串
public void write(String str) throws IOException

// 写入字符串的一部分
public void write(String str, int off, int len) throws IOException

2）FileWriter的构造方法

java 复制代码

// 1. 通过文件路径
FileWriter(String fileName) throws IOException

// 2. 追加模式
FileWriter(String fileName, boolean append) throws IOException

// 3. 通过File对象
FileWriter(File file) throws IOException

// 4. 追加模式 + File对象
FileWriter(File file, boolean append) throws IOException

与Outputstream基本同理

十,在scanner中的System.in

System.in本质上也是个InputStream，因此Scanner的参数也可以是InputStream

java 复制代码

Scanner scanner = new Scanner(inputstream);
while (scanner.hasNext()) {
     String s = scanner.next();
     System.out.println(s);
     }

特别注意！

虽然仅强调了输入流的资源关闭，实际过程中无论输入流输出流，都尽可能的去关闭资源