Java NIO学习系列七：Path、Files、AsynchronousFileChannel

　　相对于标准Java IO中通过File来指向文件和目录，Java NIO中提供了更丰富的类来支持对文件和目录的操作，不仅仅支持更多操作，还支持诸如异步读写等特性，本文我们就来学习一些Java NIO提供的和文件相关的类：

　　Java NIO Path

　　Java NIO Files

　　Java NIO AsynchronousFileChannel

 　　总结

1. Java NIO Path

　　Java Path是一个接口，位于java.nio.file包中，Java 7中引入到Java NIO中。

  一个Java Path实现的实例对象代表文件系统中的一个路径，指向文件和目录，(标准Java IO中是通过File来指向文件和路径的)，以绝对路径或者相对路径的方式。

  java.nio.file.Path接口很多方面类似于java.io.File类，但是两者之间也是有细微的差别的。在大多数场景下是可以用Path来代替File的。

1.1 创建Path实例对象

  可以通过Paths类的静态工厂方法get()来创建一个Path实例对象：

import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;

public class PathExample {
    public static void main(String[] args) {
        Path path = Paths.get("c:\\data\\myfile.txt");
    }
}

1.2 Creating an Absolute Path

  通过直接指定绝对路径可以创建使用绝对路径方式指向文件的Path：

// windows系统
Path path = Paths.get("c:\\data\\myfile.txt");

// linux系统
Path path = Paths.get("/home/jakobjenkov/myfile.txt");

1.3 Creating a Relative Path

  通过如下方式可以创建使用相对路径方式指向文件的Path：

Path projects = Paths.get("d:\\data", "projects");

Path file = Paths.get("d:\\data", "projects\\a-project\\myfile.txt");

　　采用相对路径的方式时，有两个符号可以用来表示路径：

• .
• ..

　　“.”可以表示当前目录，如下例子是打印当前目录(即应用程序的根目录)：

Path currentDir = Paths.get(".");
System.out.println(currentDir.toAbsolutePath());

　　".."表示父文件夹。

  当路径中包含如上两种符号时，可以通过调用normalize()方法来将路径规范化：

String originalPath = "d:\\data\\projects\\a-project\\..\\another-project";

Path path1 = Paths.get(originalPath);
System.out.println("path1 = " + path1);

Path path2 = path1.normalize();
System.out.println("path2 = " + path2);

　　输出结果如下：

path1 = d:\data\projects\a-project\..\another-project
path2 = d:\data\projects\another-project

2. Java NIO Files

　　Java NIO Files类(java.nio.file.Files)提供了一些方法用来操作文件，其是和上面提到的Path一起配合使用的。

2.1 Files.exists()

  该方法可以用来检查Path指向的文件是否真实存在，直接看例子：

Path path = Paths.get("data/logging.properties");

boolean pathExists = Files.exists(path, new LinkOption[]{ LinkOption.NOFOLLOW_LINKS});

2.2 Files.createDirectory()

  该方法会在硬盘上创建一个新的目录(即文件夹)：

Path path = Paths.get("data/subdir");
try {
    Path newDir = Files.createDirectory(path);
} catch(FileAlreadyExistsException e){
    // the directory already exists.
} catch (IOException e) {
    //something else went wrong
    e.printStackTrace();
}

2.3 Files.copy()

  该方法会将文件从一个地方复制到另一个地方：

Path sourcePath = Paths.get("data/logging.properties");
Path destinationPath = Paths.get("data/logging-copy.properties");
try {
    Files.copy(sourcePath, destinationPath);
} catch(FileAlreadyExistsException e) {
    //destination file already exists
} catch (IOException e) {
    //something else went wrong
    e.printStackTrace();
}

　　如果目标文件已存在，这里会抛出java.nio.file.FileAlreadyExistsException异常，想要强制覆盖文件也是可以的：

Path sourcePath = Paths.get("data/logging.properties");
Path destinationPath = Paths.get("data/logging-copy.properties");
try {
    Files.copy(sourcePath, destinationPath,
            StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);
} catch(FileAlreadyExistsException e) {
    //destination file already exists
} catch (IOException e) {
    //something else went wrong
    e.printStackTrace();
}

2.4 Files.move()

  该方法能够移动文件，也可以实现重命名的效果：

Path sourcePath = Paths.get("data/logging-copy.properties");
Path destinationPath = Paths.get("data/subdir/logging-moved.properties");
try {
    Files.move(sourcePath, destinationPath,
            StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);
} catch (IOException e) {
    //moving file failed.
    e.printStackTrace();
}

2.5 Files.delete()

  该方法能够删除Path实例指向的文件或目录：

Path path = Paths.get("data/subdir/logging-moved.properties");
try {
    Files.delete(path);
} catch (IOException e) {
    //deleting file failed
    e.printStackTrace();
}

Path path = Paths.get("data/subdir/logging-moved.properties");
try {
    Files.delete(path);
} catch (IOException e) {
    //deleting file failed
    e.printStackTrace();
}

　　该方法删除目录时只能删除空目录，如果想删除下面有文件的目录则需要进行递归删除，后面会介绍。

2.6 Files.walkFileTree()

  该方法能够递归地获取目录树，该方法接收两个参数，一个是指向目标目录，另一个是一个FileVisitor类型对象：

Files.walkFileTree(path, new FileVisitor<Path>() {
  @Override
  public FileVisitResult preVisitDirectory(Path dir, BasicFileAttributes attrs) throws IOException {
    System.out.println("pre visit dir:" + dir);
    return FileVisitResult.CONTINUE;
  }

  @Override
  public FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs) throws IOException {
    System.out.println("visit file: " + file);
    return FileVisitResult.CONTINUE;
  }

  @Override
  public FileVisitResult visitFileFailed(Path file, IOException exc) throws IOException {
    System.out.println("visit file failed: " + file);
    return FileVisitResult.CONTINUE;
  }

  @Override
  public FileVisitResult postVisitDirectory(Path dir, IOException exc) throws IOException {
    System.out.println("post visit directory: " + dir);
    return FileVisitResult.CONTINUE;
  }
});

　　FileVisitor是一个接口，你需要实现它，接口的定义如下：

public interface FileVisitor {

    public FileVisitResult preVisitDirectory(Path dir, BasicFileAttributes attrs) throws IOException;

    public FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs) throws IOException;

    public FileVisitResult visitFileFailed(Path file, IOException exc) throws IOException;

    public FileVisitResult postVisitDirectory(Path dir, IOException exc) throws IOException {

}

　　该接口中包含4个方法，分别在目录转换的四个不同阶段调用：

• preVisitDirectory()方法在访问目录之前调用，而postVisitorDirectory()方法是在访问目录之后调用；
• visitFile()方法会在访问每个文件(访问目录是不会调用的)时调用一次，而visitorFileFailed()会在访问文件失败时被调用，比如没有访问权限或者别的问题。

  这四个方法都会返回一个FileVisitResult枚举对象，包含如下成员：

• CONTINUE
• TERMINATE
• SKIP_SIBLINGS
• SKIP_SUBTREE

  被调用的如上四个方法通过这些返回值来判断是否要继续遍历目录。

• CONTINUE，意味着继续；
• TERMINATE，意味着终止；
• SKIP_SIBLINGS，意味着继续，但是不再访问该文件或目录的兄弟；
• SKIP_SUBTREE，意味着继续，但是不再访问该目录下的条目。只有preVisitDirectory()返回该值才有意义，其余三个方法返回则会当做CONTINUE处理；

  如果不想自己实现该接口，也可以使用SimpleFileVisitor，这是一个默认实现，如下是一个利用SimpleFileVisitor来实现文件查找、删除的例子：

递归查找文件

Path rootPath = Paths.get("data");
String fileToFind = File.separator + "README.txt";
try {
  Files.walkFileTree(rootPath, new SimpleFileVisitor<Path>() {
    
    @Override
    public FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs) throws IOException {
      String fileString = file.toAbsolutePath().toString();
      if(fileString.endsWith(fileToFind)){
        System.out.println("file found at path: " + file.toAbsolutePath());
        return FileVisitResult.TERMINATE;
      }
      return FileVisitResult.CONTINUE;
    }
  });
} catch(IOException e){
    e.printStackTrace();
}

递归删除目录

  因为delete()方法只能删除空目录，对于非空目录则需要将其进行遍历以逐个删除其子目录或文件，可以通过walkFileTree()来实现，在visitFile()方法中删除子目录，而在postVisitDirectory()方法中删除该目录本身：

Path rootPath = Paths.get("data/to-delete");
try {
  Files.walkFileTree(rootPath, new SimpleFileVisitor<Path>() {
    @Override
    public FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs) throws IOException {
      System.out.println("delete file: " + file.toString());
      Files.delete(file);
      return FileVisitResult.CONTINUE;
    }

    @Override
    public FileVisitResult postVisitDirectory(Path dir, IOException exc) throws IOException {
      Files.delete(dir);
      System.out.println("delete dir: " + dir.toString());
      return FileVisitResult.CONTINUE;
    }
  });
} catch(IOException e){
  e.printStackTrace();
}

　　其实利用walkFileTree()方法，我们可以很轻松地指定自己的逻辑，而无需考虑是如何遍历的，如果要用标准Java IO提供的File来实现类似功能我们还需要自己处理整个遍历的过程。

2.7 其它有用方法

  java.nio.file.Files类还包含了很多别的有用方法，比如创建符号链接、文件大小、设置文件权限，这里就不一一介绍了，有兴趣的可以参考Java官方文档。

3. Java NIO AsynchronousFileChannel

　　Java 7中引入了AsynchronousFileChannel，使得可以异步地读写数据到文件。

3.1 Creating an AsynchronousFileChannel

  通过其静态方法可以创建一个AsynchronousFileChannel。

Path path = Paths.get("data/test.xml");
AsynchronousFileChannel fileChannel = AsynchronousFileChannel.open(path, StandardOpenOption.READ);

　　第一个参数是一个指向要和AsynchronousFileChannel关联的文件的Path实例。第二个参数代表要对文件指向的操作，这里我们指定StandardOpenOption.READ，意思是执行读操作。

3.2 Reading Data

  从AsynchronousFileChannel读数据有两种方式：

通过Future读数据

  第一种方式是调用一个返回Future的read()方法：

Future<Integer> operation = fileChannel.read(buffer, 0);

　　这个版本的read()方法，其第一个参数是一个ByteBuffer，数据从channel中读到buffer中；第二个参数是要从文件中开始读取的字节位置。

  该方法会马上返回，即使读操作实际上还没有完成。通过调用Future的isDone()方法可以知道读操作是否完成了。

  如下是一个更详细的例子：

AsynchronousFileChannel fileChannel =  AsynchronousFileChannel.open(path, StandardOpenOption.READ);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
long position = 0;
Future<Integer> operation = fileChannel.read(buffer, position);
while(!operation.isDone());
buffer.flip();
byte[] data = new byte[buffer.limit()];
buffer.get(data);
System.out.println(new String(data));
buffer.clear();

 　　在这个例子中，当调用了AsynchronousFileChannel的read()方法之后，进入循环直到Future对象的isDone()返回true。当然这种方式并没有有效利用CPU，只是因为本例中需要等到读操作完成，其实这个等待过程我们可以让线程做别的事情。

通过CompletionHandler读数据

  第二种读数据的方式是调用其包含CompletionHandler参数的read()方法：

fileChannel.read(buffer, position, buffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
    @Override
    public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
        System.out.println("result = " + result);

        attachment.flip();
        byte[] data = new byte[attachment.limit()];
        attachment.get(data);
        System.out.println(new String(data));
        attachment.clear();
    }

    @Override
    public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {

    }
});

　　当读操作完成之后会调用ComplementHandler的completed()方法，该方法的第一个入参是一个整型变量，代表读了多少字节数据，第二个入参是一个ByteBuffer，保存着已经读取的数据。

  如果读失败了，则会调用ComplementHandler的fail()方法。

3.3 Writing Data

  与读类似，写数据也支持两种方式。

通过Future写

  如下是一个写数据的完整例子：

Path path = Paths.get("data/test-write.txt");
AsynchronousFileChannel fileChannel =  AsynchronousFileChannel.open(path, StandardOpenOption.WRITE);

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
long position = 0;
buffer.put("test data".getBytes());
buffer.flip();

Future<Integer> operation = fileChannel.write(buffer, position);
buffer.clear();

while(!operation.isDone());
System.out.println("Write done");

　　过程比较简单，就不讲一遍了。这个例子中有一个问题需要注意，文件必须事先准备好，如果不存在文件则会抛出java.nio.file.NoSuchFileException异常。

  可以通过如下方式判断文件是否存在：

if(!Files.exists(path)){
    Files.createFile(path);
}

通过CompletionHandler写数据

  可以借助CompletionHandler来通知写操作已经完成，示例如下：

Path path = Paths.get("data/test-write.txt");
if(!Files.exists(path)){
    Files.createFile(path);
}
AsynchronousFileChannel fileChannel = 
    AsynchronousFileChannel.open(path, StandardOpenOption.WRITE);

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
long position = 0;

buffer.put("test data".getBytes());
buffer.flip();

fileChannel.write(buffer, position, buffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {

    @Override
    public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
        System.out.println("bytes written: " + result);
    }

    @Override
    public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
        System.out.println("Write failed");
        exc.printStackTrace();
    }
});
System.out.println(“异步执行哦”);

　　如上是一个异步写入数据的例子，为了演示效果，我特意在 调用write方法之后打印了一行日志，运行结果如下：

异步执行哦
bytes written: 9

　　说明调用write方法并没有阻塞，而是继续往下执行，所以先打印日志，然后数据写好之后回调completed()方法。

4. 总结

　　本文总结了Java NIO中提供的对文件操作的相关类：Path、Files、AsynchronousFileChannel。

　　Path是一个接口，其实现实例可以指代一个文件或目录，作用与Java IO中的File类似。Path接口很多方面类似于java.io.File类，但是两者之间也是有细微的差别的，不过在大多数场景下是可以用Path来代替File的。

　　Files是一个类，提供了很多方法用来操作文件，是和上面提到的Path一起配合使用的，Files提供的对文件的操作功能要多于File。

　　AsynchronousFileChannel是Channel的子类，提供了异步读取文件的能力。