详解Java中的File文件类以及FileDescriptor文件描述类

File

File 是“文件”和“目录路径名”的抽象表示形式。
File 直接继承于Object，实现了Serializable接口和Comparable接口。实现Serializable接口，意味着File对象支持序列化操作。而实现Comparable接口，意味着File对象之间可以比较大小；File能直接被存储在有序集合(如TreeSet、TreeMap中)。
1. 新建目录的常用方法
方法1：根据相对路径新建目录。
示例代码如下(在当前路径下新建目录“dir”)：

File dir = new File("dir");
dir.mkdir();

方法2：根据绝对路径新建目录。
示例代码如下(新建目录“/home/skywang/dir”)：

File dir = new File("/home/skywang/dir");
dir.mkdirs();

说明：上面是在linux系统下新建目录“/home/skywang/dir”的源码。在windows下面，若要新建目录“D:/dir”，源码如下：

File dir = new File("D:/dir");
dir.mkdir();

方法3

URI uri = new URI("file:/home/skywang/dir"); 
File dir = new File(uri);
sub.mkdir();

说明： 和“方法2”类似，只不过“方法2”中传入的是完整路径，而“方法3”中传入的是完整路径对应URI。
2. 新建子目录的几种常用方法
例如，我们想要在当前目录的子目录“dir”下，再新建一个子目录。有一下几种方法:
方法1

File sub1 = new File("dir", "sub1");
sub1.mkdir();

说明：上面的方法作用是，在当前目录下 "dir/sub1"。它能正常运行的前提是“sub1”的父目录“dir”已经存在！
方法2

File sub2 = new File(dir, "sub2");
sub2.mkdir();

说明：上面的方法作用是，在当前目录下 "dir/sub2"。它能正常运行的前提是“sub2”的父目录“dir”已经存在！
方法3

File sub3 = new File("dir/sub3");
sub3.mkdirs();

说明：上面的方法作用是，在当前目录下 "dir/sub3"。它不需要dir已经存在，也能正常运行；若“sub3”的父母路不存在，mkdirs()方法会自动创建父目录。
方法4

File sub4 = new File("/home/skywang/dir/sub4");
sub4.mkdirs();

说明：上面的方法作用是，新建目录"/home/skywang/dir/sub3"。它不需要dir已经存在，也能正常运行；若“sub4”的父母路不存在，mkdirs()方法会自动创建父目录。
方法5

URI uri = new URI("file:/home/skywang/dir/sub5"); 
File sub5 = new File(uri);
sub5.mkdirs();

说明： 和“方法4”类似，只不过“方法4”中传入的是完整路径，而“方法5”中传入的是完整路径对应URI。
3. 新建文件的几种常用方法
例如，我们想要在当前目录的子目录“dir”下，新建一个文件。有一下几种方法
方法1

try {
  File dir = new File("dir");  // 获取目录“dir”对应的File对象
  File file1 = new File(dir, "file1.txt");
  file1.createNewFile();
} catch (IOException e) {
  e.printStackTrace();
}

说明：上面代码作用是，在“dir”目录(相对路径)下新建文件“file1.txt”。
方法2

try {
  File file2 = new File("dir", "file2.txt");
  file2.createNewFile();
} catch (IOException e) {
  e.printStackTrace();
}

说明：上面代码作用是，在“dir”目录(相对路径)下新建文件“file2.txt”。
方法3

try {
  File file3 = new File("/home/skywang/dir/file3.txt");
  file3.createNewFile();
} catch (IOException e) {
  e.printStackTrace();
}

说明：上面代码作用是，下新建文件“/home/skywang/dir/file3.txt”(绝对路径)。这是在linux下根据绝对路径的方法，在windows下可以通过以下代码新建文件"D:/dir/file4.txt"。

try {
  File file3 = new File("D:/dir/file4.txt");
  file3.createNewFile();
} catch (IOException e) {
  e.printStackTrace();
}

方法4

try {
  URI uri = new URI("file:/home/skywang/dir/file4.txt"); 
  File file4 = new File(uri);
  file4.createNewFile();
} catch (IOException e) {
  e.printStackTrace();
}

说明：
和“方法3”类似，只不过“方法3”中传入的是完整路径，而“方法4”中传入的是完整路径对应URI。
4. File API使用示例
关于File中API的详细用法，参考示例代码(FileTest.java)：

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URI;
import java.util.Calendar;
import java.text.SimpleDateFormat;

public class FileTest {

  public static void main(String[] args) {
    testFileStaticFields() ;
  testFileDirAPIS() ;
  }

  public static void testFileStaticFields() {
    // 打印 路径分隔符":"
    System.out.printf("File.pathSeparator=\"%s\"\n", File.pathSeparator);
    // 打印 路径分隔符':'
    System.out.printf("File.pathSeparatorChar=\"%c\"\n", File.pathSeparatorChar);
    // 打印 分隔符"/"
    System.out.printf("File.separator=\"%s\"\n", File.separator);
    // 打印 分隔符'/'
    System.out.printf("File.separatorChar=\"%c\"\n", File.separatorChar);
  }

  public static void testFileDirAPIS() {
    try {
    // 新建目录 "dir"
    File dir = new File("dir");
    dir.mkdir();

    // 方法1：新建目录 "dir/sub1"。父目录“dir”必须已经存在！
    File sub1 = new File("dir", "sub1");
    sub1.mkdir();
    // 方法2：新建目录 "dir/sub2"。父目录“dir”必须已经存在！
    File sub2 = new File(dir, "sub2");
    sub2.mkdir();
    // 方法3：新建目录 "dir/sub3"。mkdirs()会自动创建不存在的父目录。
    File sub3 = new File("dir/sub3");
    sub3.mkdirs();
    // 方法4：新建目录 "dir/sub4"。根据“绝对路径”创建，前面3个方法都是根据“相对路径”创建。
    String dirPath = dir.getAbsolutePath();  // 获取“dir”的绝对路径
    String sub4AbsPath = dirPath + File.separator + "sub4";  // File.separator是分隔符"/"
    File sub4 = new File(sub4AbsPath);
    sub4.mkdirs();
    // 方法5：新建目录 "dir/sub5"。根据uri
    String uri_sub5_path = "file:"+ dirPath + File.separator + "sub5";
    URI uri_sub5 = new URI(uri_sub5_path); 
    File sub5 = new File(uri_sub5);
    sub5.mkdirs();

    // 方法1：新建文件 "dir/l1_normal.txt"
    File l1_normal = new File(dir, "l1_normal.txt");
    l1_normal.createNewFile();
    // 方法2：新建文件 "dir/.l1_hide.txt"。
    File l1_hide = new File("dir", ".l1_hide.txt"); // 在linux中, "."开头的文件是隐藏文件。
    l1_hide.createNewFile();
    // 方法3：新建文件 "dir/l1_abs.txt"。
    String dirAbsPah = dir.getAbsolutePath();  // 获取dir的绝对路径
    String l1_abs_path = dirAbsPah+File.separator+"l1_abs.txt";
    File l1_abs = new File(l1_abs_path);
    l1_abs.createNewFile();
    //System.out.printf("l1_abs_path=%s\n", l1_abs_path);
    //System.out.printf("l1_abs path=%s\n", l1_abs.getAbsolutePath());
    // 方法4：新建文件 "dir/l1_uri.txt"。根据URI新建文件
    String uri_path = "file:"+ dirAbsPah + File.separator + "l1_uri.txt";
    URI uri_l1 = new URI(uri_path); 
    //System.out.printf("uri_l1=%s\n", l1_abs.getAbsolutePath());
    File l1_uri = new File(uri_l1); 
    l1_uri.createNewFile();

    // 新建文件 "dir/sub/s1_normal"
    File s1_normal = new File(sub1, "s1_normal.txt");
    s1_normal.createNewFile();

    System.out.printf("%30s = %s\n", "s1_normal.exists()", s1_normal.exists());
    System.out.printf("%30s = %s\n", "s1_normal.getName()", s1_normal.getName());
    System.out.printf("%30s = %s\n", "s1_normal.getParent()", s1_normal.getParent());
    System.out.printf("%30s = %s\n", "s1_normal.getPath()", s1_normal.getPath());
    System.out.printf("%30s = %s\n", "s1_normal.getAbsolutePath()", s1_normal.getAbsolutePath());
    System.out.printf("%30s = %s\n", "s1_normal.getCanonicalPath()", s1_normal.getCanonicalPath());
    System.out.printf("%30s = %s is \"%s\"\n", "s1_normal.lastModified()", s1_normal.lastModified(), getModifyTime(s1_normal.lastModified()));
    System.out.printf("%30s = %s\n", "s1_normal.toURI()", s1_normal.toURI());


    // 列出“dir”目录下的“文件”和“文件夹”。
    // 注意：dir.listFiles()只会遍历目录dir，而不会遍历dir的子目录！
    System.out.println("---- list files and folders ----");
    File[] fs = dir.listFiles();
    for (File f:fs) {
      String fname = f.getName();
      String absStr = f.isAbsolute() ? "[Absolute]" : "";
      String hidStr = f.isHidden() ? "[Hidden]" : "";
      String dirStr = f.isDirectory() ? "[Directory]" : "";
      String fileStr = f.isFile() ? "[File]" : "";

      System.out.printf("%-30s %s%s%s%s\n", fname, fileStr, dirStr, absStr, hidStr);
    }

    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }

  private static String getModifyTime(long millis) {
    // 获取Calendar对象
    Calendar cal = Calendar.getInstance();
    // 设置时间为 millis
    cal.setTimeInMillis(millis);
    // 获取格式化对象，它会按照"yyyy-MM-dd HH:mm:ss"格式化日期
    SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
    //System.out.printf("TIME %s\n", str);
    return sdf.format(cal.getTime()); 
  }

}

运行结果(在ubuntu 12.04系统下的运行结果，而不是windows！)：

File.pathSeparator=":"
File.pathSeparatorChar=":"
File.separator="/"
File.separatorChar="/"
      s1_normal.exists() = true
      s1_normal.getName() = s1_normal.txt
     s1_normal.getParent() = dir/sub1
      s1_normal.getPath() = dir/sub1/s1_normal.txt
  s1_normal.getAbsolutePath() = /home/skywang/wind_talker/workout/java/skywang/io/io/src/file/dir/sub1/s1_normal.txt
 s1_normal.getCanonicalPath() = /home/skywang/wind_talker/workout/java/skywang/io/io/src/file/dir/sub1/s1_normal.txt
   s1_normal.lastModified() = 1381730064000 is "2013-10-14 13:54:24"
       s1_normal.toURI() = file:/home/skywang/wind_talker/workout/java/skywang/io/io/src/file/dir/sub1/s1_normal.txt
---- list files and folders ----
l1_uri.txt           [File]
sub1              [Directory]
l1_abs.txt           [File]
sub5              [Directory]
sub4              [Directory]
.l1_hide.txt          [File][Hidden]
sub3              [Directory]
sub2              [Directory]
l1_normal.txt          [File]

结果说明：运行程序，会在源文件所在的目录新建目录"dir"及其子目录和子文件。如下图：

FileDescriptor

FileDescriptor 是“文件描述符”。
FileDescriptor 可以被用来表示开放文件、开放套接字等。
以FileDescriptor表示文件来说：当FileDescriptor表示某文件时，我们可以通俗的将FileDescriptor看成是该文件。但是，我们不能直接通过FileDescriptor对该文件进行操作；若需要通过FileDescriptor对该文件进行操作，则需要新创建FileDescriptor对应的FileOutputStream，再对文件进行操作。
in, out, err介绍
(1) in -- 标准输入(键盘)的描述符
(2) out -- 标准输出(屏幕)的描述符
(3) err -- 标准错误输出(屏幕)的描述符
它们3个的原理和用法都类似，下面我们通过out来进行深入研究。
1.1 out 的作用和原理
out是标准输出(屏幕)的描述符。但是它有什么作用呢？
我们可以通俗理解，out就代表了标准输出(屏幕)。若我们要输出信息到屏幕上，即可通过out来进行操作；但是，out又没有提供输出信息到屏幕的接口(因为out本质是FileDescriptor对象，而FileDescriptor没有输出接口)。怎么办呢？
很简单，我们创建out对应的“输出流对象”，然后通过“输出流”的write()等输出接口就可以将信息输出到屏幕上。如下代码：

try {
  FileOutputStream out = new FileOutputStream(FileDescriptor.out);
  out.write('A');
  out.close();
} catch (IOException e) {
}

执行上面的程序，会在屏幕上输出字母'A'。
为了方便我们操作，java早已为我们封装好了“能方便的在屏幕上输出信息的接口”：通过System.out，我们能方便的输出信息到屏幕上。
因此，我们可以等价的将上面的程序转换为如下代码：

System.out.print('A');

下面讲讲上面两段代码的原理
查看看out的定义。它的定义在FileDescriptor.java中，相关源码如下：

public final class FileDescriptor {

  private int fd;

  public static final FileDescriptor out = new FileDescriptor(1);

  private FileDescriptor(int fd) {
    this.fd = fd;
    useCount = new AtomicInteger();
  }

  ...
}

从中，可以看出
(1) out就是一个FileDescriptor对象。它是通过构造函数FileDescriptor(int fd)创建的。
(2) FileDescriptor(int fd)的操作：就是给fd对象(int类型)赋值，并新建一个使用计数变量useCount。
fd对象是非常重要的一个变量，“fd=1”就代表了“标准输出”，“fd=0”就代表了“标准输入”，“fd=2”就代表了“标准错误输出”。

FileOutputStream out = new FileOutputStream(FileDescriptor.out);

 就是利用构造函数FileOutputStream(FileDescriptor fdObj)来创建“Filed.out对应的FileOutputStream对象”。
关于System.out是如何定义的。可以参考"深入了解System.out.println("hello world") "
通过上面的学习，我们知道，我们可以自定义标准的文件描述符[即，in(标准输入),out(标准输出),err(标准错误输出)]的流，从而完成输入/输出功能；但是，java已经为我们封装好了相应的接口，即我们可以更方便的System.in, System.out, System.err去使用它们。
另外，我们也可以自定义“文件”、“Socket”等的文件描述符，进而对它们进行操作。参考下面示例代码中的testWrite(), testRead()等接口。
2. 示例代码
源码如下(FileDescriptorTest.java)：

import java.io.PrintStream;
import java.io.FileDescriptor;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class FileDescriptorTest {

  private static final String FileName = "file.txt";
  private static final String OutText = "Hi FileDescriptor";
  public static void main(String[] args) {
    testWrite();
    testRead();

    testStandFD() ;
    //System.out.println(OutText);
  }

  /**
   * FileDescriptor.out 的测试程序
   *
   * 该程序的效果 等价于 System.out.println(OutText);
   */
  private static void testStandFD() {
    // 创建FileDescriptor.out 对应的PrintStream
    PrintStream out = new PrintStream(
        new FileOutputStream(FileDescriptor.out));
    // 在屏幕上输出“Hi FileDescriptor”
    out.println(OutText);
    out.close();
  }

  /**
   * FileDescriptor写入示例程序
   * 
   * (1) 为了说明，"通过文件名创建FileOutputStream"与“通过文件描述符创建FileOutputStream”对象是等效的
   * (2) 该程序会在“该源文件”所在目录新建文件"file.txt"，并且文件内容是"Aa"。
   */
  private static void testWrite() {
    try {
      // 新建文件“file.txt”对应的FileOutputStream对象
      FileOutputStream out1 = new FileOutputStream(FileName);
      // 获取文件“file.txt”对应的“文件描述符”
      FileDescriptor fdout = out1.getFD();
      // 根据“文件描述符”创建“FileOutputStream”对象
      FileOutputStream out2 = new FileOutputStream(fdout);

      out1.write('A');  // 通过out1向“file.txt”中写入'A'
      out2.write('a');  // 通过out2向“file.txt”中写入'A'

      if (fdout!=null)
        System.out.printf("fdout(%s) is %s\n",fdout, fdout.valid());

      out1.close();
      out2.close();

    } catch(IOException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }

  /**
   * FileDescriptor读取示例程序
   *
   * 为了说明，"通过文件名创建FileInputStream"与“通过文件描述符创建FileInputStream”对象是等效的
   */
  private static void testRead() {
    try {
      // 新建文件“file.txt”对应的FileInputStream对象
      FileInputStream in1 = new FileInputStream(FileName);
      // 获取文件“file.txt”对应的“文件描述符”
      FileDescriptor fdin = in1.getFD();
      // 根据“文件描述符”创建“FileInputStream”对象
      FileInputStream in2 = new FileInputStream(fdin);

      System.out.println("in1.read():"+(char)in1.read());
      System.out.println("in2.read():"+(char)in2.read());

      if (fdin!=null)
        System.out.printf("fdin(%s) is %s\n", fdin, fdin.valid());

      in1.close();
      in2.close();
    } catch(IOException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}

运行结果：

fdout(java.io.FileDescriptor@2b820dda) is true
in1.read():A
in2.read():a
fdin(java.io.FileDescriptor@675b7986) is true
Hi FileDescriptor