【Java EE初阶十一】文件操作（IO）

1. 认识文件

        所谓的文件是一个广义的概念，可以代表很多东西；在操作系统里面，会把很多的硬件设备和软件设备都抽象成“文件”，统一进行管理；但是大部分情况下，我们读到的文件，都是指硬盘的文件，文件就相当于是针对“硬盘”数据的一种抽象；

1.1 简单了解硬盘

1.1.1 机械硬盘HDD

1.1.2 固态硬盘SSD

        固态硬盘里面就都是集成程度很高的芯片，且固态硬盘就要比机械硬盘的效率高很多； 

        我们在进行服务器开发的过程中，涉及到的硬盘有的是机械硬盘有的是固态硬盘，特别是一些用来存储大规模数据的机器，任然是机械硬盘为主，但是固态硬盘的读写速速要比内存慢很多；

内存和硬盘的区别：

1. 内存的速度快，硬盘的速度慢；
2. 内存的空间小，硬盘的空间大
3. 内存贵，硬盘便宜；
4. 内存的数据，断电就丢失，硬盘的数据断电还在

 1.1.3 文件的操作方式

        文件的操作方式是通过操作硬盘来实现的，一台计算机上有很多的文件，这些文件是通过“文件系统”（有由操作系统所提供的模块）来进行组织的，操作系统使用“目录”这样的结构来组织文件；

        即可以使用目录的层次结构（路径）来描述文件所在的位置

        F:\B站下载\【水灰】我们再一起去迪士尼吧

        如上所示的一个字符串，体现了当前文件在哪个目录中。

1. 绝对路径：就是以C，D盘开头的，这种路径成为“绝对路径”
2. 相对路径：需要先指定一个目录，从基准目录出发，看看沿啥样的路径能够找到指定文件，此时所涉及的路径就是“相对路径”，

1.2 文件的类型

        从编程的角度来看，文件类型，主要是两大类：

        1、文本（文件中保存的数据，都是字符串，保存的内容都是合法的字符串）

        2、二进制（文件中保存的数据，仅仅是二进制数据，不要求保存的内容是合法的字符）

        合法的字符->字符集/字符编码（主流的就是utf8，一个规定的表格，里面规定了什么样的字符对应什么样的编码），如果我们的文件时utf8编码的，此时文件中的每一个数据都是合法的utf8编码的字符，就可以认为这个文件是文本文件了；如果存在一些不是utf8合法字符的情况，就是二进制文件了；

        本身计算机存储的数据都是二进制的；

        如何判定一个文件时文本文件还是二进制文件？

        直接使用记事本来打开文件，如果打开之后是乱码，文件是二进制文件；否则是文本文件，记事本就是尝试按照字符的方式来展示内容，这个过程就会自动查码表，如下图所示：

        很多文件都是二进制的文件，docx，png……等文件都属于二进制文件；区分文本文件和二进制文件是十分重要的；我们在写代码的时候，文本文件和二进制文件，代码编写的方式是不同的；

        Java针对文件的操作，分成两类：

        1、针对文件系统的操作-> File

        即创建文件，删除文件，判定文件是否存在，判定文件类型，重命名

        2、针对文件内容的操作->流对象

       即读文件，写文件；

2. File 概述

2.1 file的属性

2.2 file类的构造方法

        一个file对象，就表示一个硬盘上的文件，在构造对象的时候，就需要把这个文件的路径指定进来（使用绝对、相对路径都可以）

        File提供的核心方法：文件名=前缀+扩展名->使用路径构造file对象，一定要把前缀和扩展名都写上；一个文件系统上都会对文件有权限的限制（约定了这个文件，那些用户可以读，那些用户可以写），我们是创建file对象的时候，就会使用到java提供的import java.io.File；该包里面的io分别表示：

        I：input

        0：output

2.3 file的相关方法

        一般来说，在使用文件的内容访问时候，io操作都需要抛出import java.io.IOException;下图是关于file类方法的调用：

q：关于下图输出的数值是文件的内存地址吗？

a:首先在jvm上层，java代码中是没有任何方法获取到“内存地址”的，想要获取内存地址，只能靠native方法，进入jvm内部，通过c++代码获取到；其次我们获取到的字符串是哈希值，是通过调用hashcode的方法获取到的

3. 流对象

        基于文件数据传输的特点，将文件中传输的数据称之为“文件流”

        在标准库中，提供的读写文件的流对象，不是一两个类，而是有很多类，但是实际上可以吧这么多类归结于两个类中：

        1、字节流：（对应着二进制文件）

        每次读写的最小单位是字节（8bit）

        提供了两个父类：inputstream，outputstream

        提供了两个父类：reader，writer

        2、字符流：（对应着文本文件）

        每次读写的最小单位是字符（一个字符对应很多个字节，主要是取决于当前的读取对象的字符集，gbk中一个中文字符对应两个字节；utf8中一个中文字符对应3个字节）

        字符流本质上是对字节流进行了又一层封装，字符流，就能够自动的帮我们把文件中的几个相邻的字节，转换成一个字符（帮我们完成了一个自动差字符集表）

        3、关于输入和输出的识别：

        论将数据保存到硬盘中，这个过程是输入还是输出？

        1、站在硬盘的角度，输入

        2、站在cpu的角度，输出；（我们要带入到cpu的视角）

3.1 reader 概述 

        Reader是一个抽象类，不能new实例，只能new一个子类，java标准库提供了一个现成的类filereader类。其创建方法如下图所示：

        创建reader对象的过程，就是“代开文件”的过程，下面是关于reader的三种方法：

        1、五参数read：一次只读取一个字符；

        2、一个参数read：一次读取若干个字符，回答参数指定的cbuf数组给填充满

        3、三个参数read：一次读取若干个字符，回答参数指定的cbuf数组中的从off这个位置开始，到len这么长的范围内尽量填满；代码细节如下所示：

 

         在java标准库内部，对于字符编码是进行了很多处理工作的，如果只使用char，此时使用的字符集，固定的就是unicode；如果是使用string，此时就会自动的把每一个unicode转换为utf8；

        char【】 c ->包含的每一个字符都是unicode，一旦使用这个字符数组构造成string，string s = new string（c），就会在内部把每一个字符都转换成utf8 

        把多个unicode连续放到一起，是很难区分从哪里到哪里地一个完整的字符的，utf8是可以做到区分的；utf8可以认为是针对连续多个字符进行传输时候的一种改进方案

        对于reader.read( )这个方法里面，应该是往这个read里面传入的是一个空的字符数组（不是null，而是没有实际意义数据的数组），然后由read方法内部，对这个数组内容进行填充，此时的cbuf这个参数，称为“输出型参数”

 

        如果文件为空，就直接返回-1了；

        当一个文件读取完了之后，我们要记得进行关闭close，使用colse方法，最主要的就是为了释放文件描述符；

        pcb这里会包含很多的属性：pid，内存指针，文件描述符表（本质上是由数组构成的顺序表），一个进程每一次打开一个文件，就需要早这个表里分配一个元素，但是这个数组的长度是有限的，如果我们的代码中在运行的过程中，一直在进行打开文件而不能及时的关闭，就会是这个表里面的元素越来越多，最终就昂这个数组沾满，后续在尝试打开文件就会出现报错；

        这样的错误就是文件资源泄露，类似于内存泄漏，在java中我们打开的文件还是需要我们进行手动释放的，此时的代码如下所示：

package io;

import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
import java.io.Reader;

// Reader
public class Demo7 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
         Reader reader = new FileReader("d:/test.txt");
            // 2. 一次 read 多个字符
            while (true) {
                char[] cbuf = new char[3];
                // n 表示当前读到的字符的个数.
                int n = reader.read(cbuf);
                if (n == -1) {
                    // 读取完毕
                    break;
                }
                System.out.println("n = " + n);
                for (int i = 0; i < n; i++) {
                    System.out.println(cbuf[i]);
                }
            }
            // 3. 一个文件使用完了, 要记得, close !!!
            reader.close();              
    }
}

        但是代码如上所示，我们的代码依旧存在文件资源泄露的风险，因为如果我们的代码在前期出现逻辑异常而进行抛出异常处理的话，就执行不到close方法，所以对上述代码进行改进处理，如下图所示：

 3.2 writer 概述

        writer对象主要是写入文件，默认情况下就会把原有的文件内容清空掉，如果不想清空，就需要在构造方法中加个参数，如下图所示；

        关于write方法的种类如下图所示：

         System.in ====》inputstream； 

        关于write部分代码如下所示：

package io;

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;

public class Demo12 {
    public static void main(String[] args) {
        try (OutputStream outputStream = new FileOutputStream("d:/test.txt")) {
            // 这就相当于把字符流转成字节流了.
            PrintWriter writer = new PrintWriter(outputStream);
            writer.println("hello");
            writer.flush();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

        代码分析：

        缓冲区：printwriter这样的类，在进行写入的时候，不一定直接写入硬盘，而是先把数据写在一个内存构成的“缓冲区”中（buffer）

        我们引入缓冲区，目的是为了提高效率；把数据写入内存是非常快的；把数据写到硬盘，是非常慢的；

        这样会导致一个新的问题：当我们写入缓冲区后，如果还没来得及把缓冲区里的数据写进硬盘，进程就结束了，此时数据就会丢失；没有正真的写入硬盘；（进程结束，该内存就会释放）->为了确保数据会被写入硬盘，就应该在合适的时机，使用flush方法进行手动刷新缓冲区；

        该fiush操作，可以理解为“刷新缓冲区”,将我们存放在内存缓冲区中的数据冲刷到硬盘中；

4. 代码实例

        扫描指定目录，并找到名称中包含指定字符的所有普通文件（不包含目录），并且后续询问用户是否要 删除该文件

4.1 案例分析

        文件系统操作：

        1、list列出目录内容

        2、判定文件的类型

        3、删除文件

所谓的扫描指定文件，就是找到目录中的所有文件，以及子目录中的所有文件，只要遇到子目录都能往里面找->采用递归的方式，把所有的子目录都给扫描一遍；

4.2 代码实现

package io;

import java.io.File;
import java.util.Scanner;

public class Demo13 {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        // 1. 先让用户输入一个要扫描的目录
        System.out.println("请输入要扫描的路径: ");
        String path = scanner.next();
        File rootPath = new File(path);
        if (!rootPath.isDirectory()) {
            System.out.println("您输入的扫描的路径有误!! ");
            return;
        }
        // 2. 再让用户输入一个要查询的关键词.
        System.out.println("请输入要删除文件的关键词: ");
        String word = scanner.next();
        // 3. 可以进行递归的扫描了.
        //    通过这个方法进行递归.
        scanDir(rootPath, word);
    }

    private static void scanDir(File rootPath, String word) {
        // 1. 先列出 rootPath 中所有的文件和目录.
        File[] files = rootPath.listFiles();
        if (files == null) {
            // 当前目录为 null, 就可以直接返回了.
            return;
        }
        // 2. 遍历这里的每个元素, 针对不同类型做出不同的处理.
        for (File f : files) {
            // 加个日志, 方便观察当前递归的执行过程.
            System.out.println("当前扫描的文件: " + f.getAbsolutePath());
            if (f.isFile()) {
                // 普通文件. 检查文件是否要删除. 并执行删除动作.
                checkDelete(f, word);
            } else {
                // 目录. 递归的再去判定子目录里包含的内容
                scanDir(f, word);
            }
        }
    }

    private static void checkDelete(File f, String word) {
        if (!f.getName().contains(word)) {
            // 不必删除, 直接方法结束
            return;
        }
        // 需要删除
        System.out.println("当前文件为: " + f.getAbsolutePath() + ", 请确认是否要删除(Y/n): ");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        String choice = scanner.next();
        if (choice.equals("Y") || choice.equals("y")) {
            // 真正执行删除操作
            f.delete();
            System.out.println("删除完毕!");
        } else {
            // 如果输入其他值, 不一定非得是 n, 都会取消删除操作.
            System.out.println("取消删除!");
        }
    }
}

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