Path、Paths 和 Files 是 Java NIO（New I/O）檔案處理系統中的核心元件，它們提供了比傳統 java.io.File 更加靈活和高效的檔案操作方式。
1. 概述
隨著 Java 7 引入 NIO.2（即 Java New I/O 2），檔案處理得到了顯著改進。Path、Paths 和 Files 是 NIO.2 中用於檔案和目錄操作的三個關鍵元件：
Path：表示檔案系統中的路徑，類似於傳統的java.io.File，但更加靈活和功能豐富。Paths：一個工具類，提供靜態方法用於建立Path例項。Files：一個實用工具類，提供了大量靜態方法用於執行檔案和目錄的各種操作，如建立、刪除、複製、移動、讀取和寫入等。
相比傳統的 File 類，NIO.2 提供了更好的錯誤處理、更豐富的功能以及對不同檔案系統的支援。
2. Path 介面
概述
Path 是一個介面，位於 java.nio.file 包中，用於表示檔案系統中的路徑。它提供了一種平臺無關的方式來表示檔案和目錄的路徑，並支援豐富的路徑操作。
主要功能和方法
以下是 Path 介面的一些關鍵方法和功能：
路徑建立與解析
Path resolve(String other)：將給定的路徑字串解析為當前路徑的子路徑。Path resolve(Path other)：將給定的Path解析為當前路徑的子路徑。Path relativize(Path other)：計算從當前路徑到給定路徑的相對路徑。
路徑資訊
String getFileName()：返回路徑中的檔名部分。Path getParent()：返回路徑的父路徑。Path getRoot()：返回路徑的根元件。int getNameCount()：返回路徑中的名稱元素數。Path getName(int index)：返回指定索引的名稱元素。
路徑轉換
Path toAbsolutePath()：將相對路徑轉換為絕對路徑。Path normalize()：規範化路徑，去除冗餘的名稱元素，如"."和".."。
路徑比較
boolean startsWith(String other)：判斷路徑是否以給定的路徑字串開頭。boolean endsWith(String other)：判斷路徑是否以給定的路徑字串結尾。boolean equals(Object other)：判斷兩個路徑是否相等。
其他方法
Iterator<Path> iterator()：返回一個迭代器，用於遍歷路徑中的名稱元素。String toString()：返回路徑的字串表示。String toAbsolutePath().toString()：返回絕對路徑的字串表示。
示例程式碼
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;
public class PathExample {
public static void main(String[] args) {
// 建立 Path 例項
Path path = Paths.get("src", "main", "java", "Example.java");
// 獲取檔名
System.out.println("檔名: " + path.getFileName());
// 獲取父路徑
System.out.println("父路徑: " + path.getParent());
// 獲取根路徑
System.out.println("根路徑: " + path.getRoot());
// 規範化路徑
Path normalizedPath = path.normalize();
System.out.println("規範化路徑: " + normalizedPath);
// 轉換為絕對路徑
Path absolutePath = path.toAbsolutePath();
System.out.println("絕對路徑: " + absolutePath);
// 解析子路徑
Path resolvedPath = path.resolve("subdir/File.txt");
System.out.println("解析後的路徑: " + resolvedPath);
// 計算相對路徑
Path basePath = Paths.get("src/main");
Path relativePath = basePath.relativize(path);
System.out.println("相對路徑: " + relativePath);
// 遍歷路徑中的元素
System.out.println("路徑元素:");
for (Path element : path) {
System.out.println(element);
}
}
}
輸出示例：
檔名: Example.java
父路徑: src/main/java
根路徑: null
規範化路徑: src/main/java/Example.java
絕對路徑: /Users/username/project/src/main/java/Example.java
解析後的路徑: src/main/java/Example.java/subdir/File.txt
相對路徑: java/Example.java
路徑元素:
src
main
java
Example.java
3. Paths 類
概述
Paths 是一個最終類，位於 java.nio.file 包中，提供了靜態方法用於建立 Path 例項。它簡化了 Path 物件的建立過程，使程式碼更加簡潔和易讀。
建立 Path 例項
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;
import java.net.URI;
public class PathsExample {
public static void main(String[] args) {
// 使用多個字串片段建立路徑
Path path1 = Paths.get("C:", "Users", "Public", "Documents");
System.out.println("路徑1: " + path1);
// 使用單個字串建立路徑
Path path2 = Paths.get("/home/user/docs");
System.out.println("路徑2: " + path2);
// 使用相對路徑建立路徑
Path path3 = Paths.get("src/main/java/Example.java");
System.out.println("路徑3: " + path3);
// 組合路徑片段
Path basePath = Paths.get("/home/user");
Path combinedPath = basePath.resolve("downloads/music");
System.out.println("組合後的路徑: " + combinedPath);
}
}
輸出示例：
路徑1: C:\Users\Public\Documents
路徑2: /home/user/docs
路徑3: src/main/java/Example.java
組合後的路徑: /home/user/downloads/music
注意事項
Paths.get(...)方法會根據作業系統自動處理路徑分隔符，無需手動指定。例如，在 Windows 上會使用\，在 Unix/Linux 上會使用/。
4. Files 類
概述
Files 是一個最終類，位於 java.nio.file 包中，提供了大量的靜態方法用於執行檔案和目錄的各種操作。它與 Path 介面緊密整合，提供了比 java.io.File 更加豐富和高效的功能。
主要功能和方法
Files 類的方法可以大致分為以下幾類：
- 檔案和目錄的建立
- 檔案和目錄的刪除
- 檔案和目錄的複製與移動
- 檔案內容的讀取與寫入
- 檔案屬性的獲取與修改
- 目錄的遍歷和查詢
1. 檔案和目錄的建立
static Path createFile(Path path, FileAttribute<?>... attrs)：建立一個新檔案。static Path createDirectory(Path dir, FileAttribute<?>... attrs)：建立一個新目錄。static Path createDirectories(Path dir, FileAttribute<?>... attrs)：遞迴地建立目錄，包括不存在的父目錄。
2. 檔案和目錄的刪除
static void delete(Path path)：刪除指定的檔案或目錄。如果路徑是目錄，則目錄必須為空。static boolean deleteIfExists(Path path)：刪除指定的檔案或目錄，如果存在的話。
3. 檔案和目錄的複製與移動
static Path copy(Path source, Path target, CopyOption... options)：複製檔案或目錄。static Path move(Path source, Path target, CopyOption... options)：移動或重新命名檔案或目錄。
4. 檔案內容的讀取與寫入
static byte[] readAllBytes(Path path)：讀取檔案的所有位元組。static List<String> readAllLines(Path path, Charset cs)：按行讀取檔案內容。static Path write(Path path, byte[] bytes, OpenOption... options)：將位元組陣列寫入檔案。static Path write(Path path, Iterable<? extends CharSequence> lines, Charset cs, OpenOption... options)：將行寫入檔案。
5. 檔案屬性的獲取與修改
static boolean exists(Path path, LinkOption... options)：檢查路徑是否存在。static boolean isDirectory(Path path, LinkOption... options)：判斷路徑是否是目錄。static boolean isRegularFile(Path path, LinkOption... options)：判斷路徑是否是常規檔案。static long size(Path path)：獲取檔案的大小（以位元組為單位）。static FileTime getLastModifiedTime(Path path, LinkOption... options)：獲取檔案的最後修改時間。static Path setLastModifiedTime(Path path, FileTime time)：設定檔案的最後修改時間。
6. 目錄的遍歷和查詢
static DirectoryStream<Path> newDirectoryStream(Path dir, DirectoryStream.Filter<? super Path> filter)：開啟一個目錄流，遍歷目錄中的檔案和子目錄。static Stream<Path> walk(Path start, FileVisitOption... options)：遞迴地遍歷目錄樹。static Stream<Path> list(Path dir)：列出目錄中的內容，不進行遞迴。
示例程式碼
以下是一些常見的 Files 類方法的示例：
建立檔案和目錄
import java.nio.file.*;
import java.io.IOException;
public class FilesCreateExample {
public static void main(String[] args) {
Path directory = Paths.get("exampleDir");
Path file = directory.resolve("exampleFile.txt");
try {
// 建立目錄
if (!Files.exists(directory)) {
Files.createDirectory(directory);
System.out.println("目錄已建立: " + directory);
}
// 建立檔案
if (!Files.exists(file)) {
Files.createFile(file);
System.out.println("檔案已建立: " + file);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
寫入和讀取檔案內容
import java.nio.file.*;
import java.io.IOException;
import java.util.List;
public class FilesReadWriteExample {
public static void main(String[] args) {
Path file = Paths.get("exampleDir/exampleFile.txt");
// 寫入位元組陣列到檔案
String content = "Hello, Java NIO!";
try {
Files.write(file, content.getBytes(), StandardOpenOption.WRITE);
System.out.println("資料已寫入檔案");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
// 讀取所有位元組
try {
byte[] data = Files.readAllBytes(file);
System.out.println("檔案內容 (位元組): " + new String(data));
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
// 按行讀取檔案內容
try {
List<String> lines = Files.readAllLines(file, StandardOpenOption.READ);
System.out.println("檔案內容 (按行):");
for (String line : lines) {
System.out.println(line);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
複製和移動檔案
import java.nio.file.*;
import java.io.IOException;
public class FilesCopyMoveExample {
public static void main(String[] args) {
Path source = Paths.get("exampleDir/exampleFile.txt");
Path targetCopy = Paths.get("exampleDir/copyOfExampleFile.txt");
Path targetMove = Paths.get("exampleDir/movedExampleFile.txt");
try {
// 複製檔案
Files.copy(source, targetCopy, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);
System.out.println("檔案已複製到: " + targetCopy);
// 移動檔案
Files.move(source, targetMove, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);
System.out.println("檔案已移動到: " + targetMove);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
刪除檔案和目錄
import java.nio.file.*;
import java.io.IOException;
public class FilesDeleteExample {
public static void main(String[] args) {
Path file = Paths.get("exampleDir/movedExampleFile.txt");
Path directory = Paths.get("exampleDir");
try {
// 刪除檔案
if (Files.deleteIfExists(file)) {
System.out.println("檔案已刪除: " + file);
}
// 刪除目錄（目錄必須為空）
if (Files.deleteIfExists(directory)) {
System.out.println("目錄已刪除: " + directory);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
遍歷目錄內容
import java.nio.file.*;
import java.io.IOException;
public class FilesListDirectoryExample {
public static void main(String[] args) {
Path directory = Paths.get("exampleDir");
try (DirectoryStream<Path> stream = Files.newDirectoryStream(directory)) {
System.out.println("目錄中的檔案:");
for (Path entry : stream) {
System.out.println(entry.getFileName());
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
獲取和設定檔案屬性
import java.nio.file.*;
import java.nio.file.attribute.FileTime;
import java.io.IOException;
public class FilesAttributesExample {
public static void main(String[] args) {
Path file = Paths.get("exampleDir/exampleFile.txt");
try {
// 獲取檔案大小
long size = Files.size(file);
System.out.println("檔案大小: " + size + " 位元組");
// 獲取最後修改時間
FileTime lastModifiedTime = Files.getLastModifiedTime(file);
System.out.println("最後修改時間: " + lastModifiedTime);
// 設定最後修改時間為當前時間
FileTime newTime = FileTime.fromMillis(System.currentTimeMillis());
Files.setLastModifiedTime(file, newTime);
System.out.println("最後修改時間已更新");
// 檢查檔案是否存在
boolean exists = Files.exists(file);
System.out.println("檔案存在: " + exists);
// 檢查是否為目錄
boolean isDirectory = Files.isDirectory(file);
System.out.println("是目錄: " + isDirectory);
// 檢查是否為常規檔案
boolean isRegularFile = Files.isRegularFile(file);
System.out.println("是常規檔案: " + isRegularFile);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
注意事項
- 異常處理：大多數
Files類的方法都會丟擲IOException，因此在使用這些方法時需要適當的異常處理。 - 原子操作：某些方法（如
Files.move）可以進行原子操作，確保檔案操作的完整性。 - 效能考慮：對於大檔案或大量檔案操作，考慮使用流式處理方法（如
Files.newBufferedReader和Files.newBufferedWriter）以提高效能和減少記憶體消耗。
5. Path、Paths 和 Files 的協同使用
這三個元件通常一起使用，以實現對檔案和目錄的全面操作。以下是一個綜合示例，展示瞭如何使用 Path、Paths 和 Files 完成常見的檔案操作任務。
綜合示例
import java.nio.file.*;
import java.io.IOException;
import java.util.List;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
public class ComprehensiveFileOperations {
public static void main(String[] args) {
Path directory = Paths.get("comprehensiveExampleDir");
Path file = directory.resolve("exampleFile.txt");
Path copyFile = directory.resolve("copyOfExampleFile.txt");
Path movedFile = directory.resolve("movedExampleFile.txt");
try {
// 1. 建立目錄
if (!Files.exists(directory)) {
Files.createDirectory(directory);
System.out.println("目錄已建立: " + directory);
}
// 2. 建立檔案
if (!Files.exists(file)) {
Files.createFile(file);
System.out.println("檔案已建立: " + file);
}
// 3. 寫入資料到檔案
String content = "Hello, Comprehensive Java NIO!";
Files.write(file, content.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), StandardOpenOption.WRITE);
System.out.println("資料已寫入檔案: " + file);
// 4. 讀取檔案內容
List<String> lines = Files.readAllLines(file, StandardCharsets.UTF_8);
System.out.println("檔案內容:");
for (String line : lines) {
System.out.println(line);
}
// 5. 複製檔案
Files.copy(file, copyFile, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);
System.out.println("檔案已複製到: " + copyFile);
// 6. 移動檔案
Files.move(file, movedFile, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);
System.out.println("檔案已移動到: " + movedFile);
// 7. 獲取檔案屬性
long size = Files.size(movedFile);
FileTime lastModifiedTime = Files.getLastModifiedTime(movedFile);
System.out.println("檔案大小: " + size + " 位元組");
System.out.println("最後修改時間: " + lastModifiedTime);
// 8. 遍歷目錄中的檔案
System.out.println("目錄中的檔案:");
try (DirectoryStream<Path> stream = Files.newDirectoryStream(directory)) {
for (Path entry : stream) {
System.out.println(entry.getFileName());
}
}
// 9. 刪除檔案和目錄
Files.deleteIfExists(copyFile);
System.out.println("複製的檔案已刪除: " + copyFile);
Files.deleteIfExists(movedFile);
System.out.println("移動的檔案已刪除: " + movedFile);
Files.deleteIfExists(directory);
System.out.println("目錄已刪除: " + directory);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
執行結果示例：
目錄已建立: comprehensiveExampleDir
檔案已建立: comprehensiveExampleDir/exampleFile.txt
資料已寫入檔案: comprehensiveExampleDir/exampleFile.txt
檔案內容:
Hello, Comprehensive Java NIO!
檔案已複製到: comprehensiveExampleDir/copyOfExampleFile.txt
檔案已移動到: comprehensiveExampleDir/movedExampleFile.txt
檔案大小: 31 位元組
最後修改時間: 2024-04-27T10:15:30Z
目錄中的檔案:
copyOfExampleFile.txt
movedExampleFile.txt
複製的檔案已刪除: comprehensiveExampleDir/copyOfExampleFile.txt
移動的檔案已刪除: comprehensiveExampleDir/movedExampleFile.txt
目錄已刪除: comprehensiveExampleDir
解釋
- 建立目錄和檔案：使用
Files.createDirectory和Files.createFile方法建立目錄和檔案。 - 寫入和讀取檔案：使用
Files.write將字串寫入檔案，使用Files.readAllLines讀取檔案內容。 - 複製和移動檔案：使用
Files.copy複製檔案，使用Files.move移動檔案。 - 獲取檔案屬性：使用
Files.size和Files.getLastModifiedTime獲取檔案的大小和最後修改時間。 - 遍歷目錄：使用
Files.newDirectoryStream遍歷目錄中的檔案。 - 刪除檔案和目錄：使用
Files.deleteIfExists刪除檔案和目錄。
6. 高階功能和最佳實踐
1. 使用檔案過濾器
Files.newDirectoryStream 方法支援使用過濾器來篩選目錄中的檔案。例如，僅列出 .txt 檔案：
import java.nio.file.*;
import java.io.IOException;
public class FilesFilterExample {
public static void main(String[] args) {
Path directory = Paths.get("exampleDir");
try (DirectoryStream<Path> stream = Files.newDirectoryStream(directory, "*.txt")) {
System.out.println("目錄中的 .txt 檔案:");
for (Path entry : stream) {
System.out.println(entry.getFileName());
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
2. 使用檔案遍歷器
對於複雜的目錄遍歷，可以使用 Files.walkFileTree 方法結合 FileVisitor 介面，實現自定義的遍歷邏輯。例如，查詢目錄中所有的 .java 檔案：
import java.nio.file.*;
import java.nio.file.attribute.BasicFileAttributes;
import java.io.IOException;
public class FilesWalkFileTreeExample {
public static void main(String[] args) {
Path startPath = Paths.get("src");
try {
Files.walkFileTree(startPath, new SimpleFileVisitor<Path>() {
@Override
public FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs) throws IOException {
if (file.toString().endsWith(".java")) {
System.out.println("找到 Java 檔案: " + file);
}
return FileVisitResult.CONTINUE;
}
});
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
3. 非同步檔案操作
雖然 Files 類主要提供同步方法，但結合 Java NIO 的非同步通道（如 AsynchronousFileChannel），可以實現非同步檔案操作，提高效能。
import java.nio.file.*;
import java.nio.channels.*;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.Future;
public class AsynchronousFileExample {
public static void main(String[] args) {
Path file = Paths.get("asyncExample.txt");
try (AsynchronousFileChannel asyncChannel = AsynchronousFileChannel.open(file, StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE)) {
String content = "Asynchronous File Writing in Java NIO.";
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(content.getBytes());
Future<Integer> operation = asyncChannel.write(buffer, 0);
while (!operation.isDone()) {
System.out.println("正在寫入檔案...");
Thread.sleep(100);
}
System.out.println("寫入完成，寫入位元組數: " + operation.get());
} catch (IOException | InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
4. 處理檔案系統差異
NIO.2 支援不同型別的檔案系統（如本地檔案系統、ZIP 檔案系統等）。可以使用 FileSystem 類和相關方法來處理不同的檔案系統。
import java.nio.file.*;
import java.io.IOException;
public class ZipFileSystemExample {
public static void main(String[] args) {
Path zipPath = Paths.get("example.zip");
try (FileSystem zipFs = FileSystems.newFileSystem(zipPath, null)) {
Path internalPath = zipFs.getPath("/newFile.txt");
Files.write(internalPath, "內容寫入 ZIP 檔案".getBytes(), StandardOpenOption.CREATE);
System.out.println("檔案已寫入 ZIP 檔案");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
5. 錯誤處理和資源管理
- 異常處理：儘量使用具體的異常型別，如
NoSuchFileException、DirectoryNotEmptyException等，以便更精確地處理錯誤。 - 資源管理：使用 try-with-resources 語句自動關閉流和目錄流，避免資源洩漏。
import java.nio.file.*;
import java.io.IOException;
public class ResourceManagementExample {
public static void main(String[] args) {
Path file = Paths.get("exampleDir/exampleFile.txt");
// 使用 try-with-resources 讀取檔案內容
try (BufferedReader reader = Files.newBufferedReader(file, StandardCharsets.UTF_8)) {
String line;
while ((line = reader.readLine()) != null) {
System.out.println(line);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
6. 效能最佳化
- 批次操作：儘量批次讀取或寫入資料，減少 I/O 操作的次數。
- 緩衝流：使用緩衝流（如
BufferedReader和BufferedWriter）提高讀寫效能。 - 並行處理：對於大規模檔案操作，可以考慮並行處理，如使用多執行緒或並行流。
7. 總結
Path、Paths 和 Files 是 Java NIO.2 中處理檔案和目錄操作的核心元件，提供了比傳統 java.io.File 更加現代化、靈活和高效的功能。以下是它們的主要特點和最佳使用場景：
-
Path：- 表示檔案系統中的路徑，提供豐富的路徑操作方法。
- 不同於
String，提供平臺無關的路徑處理。
-
Paths：- 提供靜態方法
get，簡化Path物件的建立過程。 - 使程式碼更加簡潔和易讀。
- 提供靜態方法
-
Files：- 提供大量靜態方法用於執行檔案和目錄的各種操作，如建立、刪除、複製、移動、讀取、寫入等。
- 與
Path緊密整合，支援高階檔案操作和屬性管理。
最佳實踐
- 優先使用 NIO.2 的類：在新的專案中，優先使用
Path、Paths和Files，而非java.io.File，以獲得更好的效能和更多功能。 - 使用 try-with-resources：確保所有的流和資源在使用後被正確關閉，避免資源洩漏。
- 處理具體異常：儘量捕獲和處理具體的異常型別，以便更好地應對不同的錯誤情況。
- 最佳化效能：對於大量或大規模的檔案操作，考慮使用緩衝流、批次操作或並行處理來提高效能。
- 利用檔案過濾和遍歷器：使用
DirectoryStream和FileVisitor實現高效的檔案過濾和目錄遍歷。 - 保持路徑的不可變性：
Path物件是不可變的，這有助於執行緒安全和程式碼的健壯性。
透過充分理解和運用 Path、Paths 和 Files，可以高效地處理 Java 應用中的各種檔案和目錄操作任務，提升程式碼的可維護性和效能。