概述
在早期的 Java 版本中，檔案 IO 操作功能一直相對較弱，主要存在以下問題：
- 缺乏對現代檔案系統的支援：只提供的基礎的檔案操作，不支援很多現代的檔案系統
- API 不夠直觀：檔案操作的 API 設計相對較為複雜和冗長，使用體驗感很差
- 對於大檔案處理和併發效能不夠：簡單的 I/O 模型，沒有充分利用現代硬體的效能優勢，而且還有很多同步的問題
但 Java 在後期版本中引入了 java.nio.file 庫來提高 Java 對檔案操作的能力。還增加的流的功能，似乎使得檔案變成更好用了。所以本章，我們就來主要介紹 java.nio.file 中常用的類和模組，大致如下：
- Path 路徑：Paths 模組和 Path 工具類介紹
- Files 檔案：File 和 FileSystems 工具類介紹
- 檔案管理服務：WatchService 、PathMatcher 等等檔案服務
Path 路徑
java.nio.file.Paths 和 java.nio.file.Path 類在 Java NIO 檔案 I/O 框架中用於處理檔案系統路徑。以下是對它們的簡單介紹：
Paths模組：Paths模組提供了一些靜態方法來建立Path物件，Path物件表示檔案系統中的路徑。例如，可以使用Paths.get()方法建立一個Path物件，這個物件表示一個檔案路徑。Path類：Path類代表一個檔案系統中的路徑，它提供了一系列的方法來操作檔案路徑。例如，可以使用Path.toAbsolutePath()方法獲取一個絕對路徑，或者使用Path.getParent()方法獲取路徑的父路徑。
關於跨平臺：Path 物件可以工作在不同作業系統的不同檔案系統之上，它幫我們遮蔽了作業系統之間的差異
以下是一些簡單使用場景示例：
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;
public class PathExample {
public static void main(String[] args) {
// 建立一個絕對路徑
Path absolutePath = Paths.get("C:\\Users\\phoenix\\file.txt"); // 這裡傳入 "example\\file.txt" 建立的相對路徑
System.out.println("Absolute path: " + absolutePath);
// 獲取父路徑
System.out.println("Parent path: " + absolutePath.getParent());
// 獲取檔名
System.out.println("File name: " + absolutePath.getFileName());
// 獲取根路徑
System.out.println("Root path: " + absolutePath.getRoot());
// 合併路徑
Path resolvePath = Paths.get("C:\\Users\\phoenix").resolve("file.txt");
System.out.println("Merged path:" + resolvePath);
}
}
輸出結果：
Absolute path: C:\Users\phoenix\file.txt
Parent path: C:\Users\phoenix
File name: file.txt
Root path: C:\
Merged path:C:\Users\phoenix\file.txt
從這裡你不僅可以看出關於 Paths 和 Path 類對於檔案路徑的一些操作方法的使用，還能看得出我使用的是 Windows 作業系統。還有更多的用法可以檢視官方的 API 文件，這裡就不過多贅述了。
Files 檔案
java.nio.file.Files 類是 Java NIO 檔案包中的一個實用工具類，它提供了一系列靜態方法，可以讓你方便地執行檔案系統中的各種操作，例如檔案的建立、刪除、複製、移動、讀取和寫入等。例如，可以使用 Files.exists() 方法檢查一個檔案是否存在，或者使用 Files.createDirectory() 方法建立一個新目錄。
以下是一些簡單使用場景示例：
import java.io.IOException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.nio.file.*;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
public class PathExample {
public static void main(String[] args) throws IOException {
Path path = Paths.get("example.txt");
// 1：檢查檔案是否存在
boolean exists = Files.exists(path);
System.out.println("File exists: " + exists);
if (!exists) {
// 2：不存在則建立檔案
Files.createFile(path);
}
// 3：複製一個檔案
Path target = Paths.get("example2.txt");
Files.copy(path, target, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);
// 4：建立目錄
Path newDirectory = Paths.get("example");
Files.createDirectories(newDirectory);
// 4：移動檔案：將 example2.txt 移動到 example 目錄下
Files.move(target, newDirectory.resolve("example2.txt"), StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);
// 5：刪除檔案和目錄
Files.delete(newDirectory.resolve("example2.txt"));
Files.delete(newDirectory); // 只能刪除空目錄
// 6：將位元組陣列寫入檔案
Files.write(path, "Hello World".getBytes());
// 7：將文字行序列寫入檔案
List<String> lines = Arrays.asList("Line 1", "Line 2", "Line 3");
Files.write(path, lines, StandardCharsets.UTF_8, StandardOpenOption.CREATE);
// 8：讀取檔案，並且列印所有行
Files.readAllLines(path, StandardCharsets.UTF_8).forEach(System.out::println);
}
}
輸出結果：
File exists: true
Line 1
Line 2
Line 3
也可以在專案根目錄下檢視檔案：
以上程式碼示例展示瞭如何使用 Files 類進行常見的檔案操作。在實際專案中，您可以根據需要組合使用這些方法來滿足您的需求。
補充：
Files.delete 函式只能刪除空目錄，這個設計是有意為之的，因為遞迴地刪除檔案和目錄可能是一個非常危險的操作，尤其是當您不小心刪除了一個包含重要資料的目錄時。如果您想刪除一個包含子目錄和檔案的目錄，您需要先遞迴地刪除目錄中的所有子目錄和檔案，然後再刪除目錄本身。可以藉助 Files.walkFileTree 遍歷檔案目錄，然後呼叫 Files.delete 即可。
FileSystems 檔案系統
FileSystems 類提供了一組靜態方法來訪問和操作預設檔案系統（通常是作業系統的本地檔案系統）以及其他檔案系統實現。以下是一個簡單的示例：
public class FileSystemsExample {
public static void main(String[] args) {
// 獲取預設檔案系統
FileSystem fileSystem = FileSystems.getDefault();
// 獲取檔案系統的路徑分隔符
String pathSeparator = fileSystem.getSeparator();
System.out.println("Path separator: " + pathSeparator);
// 獲取檔案系統的根目錄
for (Path root : fileSystem.getRootDirectories()) {
System.out.println("Root directory: " + root);
}
// 使用檔案系統建立一個 path 路徑物件
Path path = fileSystem.getPath("path", "to", "file.txt");
System.out.println(path);
// 是否只讀
System.out.println("is read only ?: " + fileSystem.isReadOnly());
// 檔案系統的提供者
System.out.println("provider: " + fileSystem.provider());
}
}
輸出結果：
Path separator: \
Root directory: C:\
path\to\file.txt
is read only ?: false
provider: sun.nio.fs.WindowsFileSystemProvider@5b480cf9
FileSystem 工具類的方法並不多，可以參考它的 API，但透過 FileSystem 可以建立 WatchService 和 PathMatcher 子類
WatchService 檔案監控
WatchService 是一個檔案系統觀察者，基於 FileSystem 建立，主要用於監控檔案系統事件（如建立、修改、刪除檔案或目錄）。它可以幫助我們實時地檢測和處理檔案系統中的變化。如果你的業務中有需要監控檔案變化的場景，你可能會需要用到它，例如：
- 檔案上傳
- 實時備份
- 熱載入配置
以下是一個簡單的示例：
import java.io.IOException;
import java.nio.file.*;
public class WatchServiceExample {
public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
// 建立 WatchService
WatchService watchService = FileSystems.getDefault().newWatchService();
// 註冊監聽指定的目錄
Path dir = Paths.get("C:\\Users\\phoenix");
dir.register(watchService, StandardWatchEventKinds.ENTRY_CREATE, StandardWatchEventKinds.ENTRY_MODIFY, StandardWatchEventKinds.ENTRY_DELETE);
while (true) {
// 獲取並處理事件
WatchKey key = watchService.take();
for (WatchEvent<?> event : key.pollEvents()) {
System.out.println("Event: " + event.kind() + " - " + event.context());
}
// 重置 key，繼續監聽
if (!key.reset()) {
break;
}
}
watchService.close();
}
}
啟動以上程式，程式就會監控我當前系統的使用者目錄，當我在使用者目錄建立檔案並且編輯，刪除，程式會輸出以下內容：
Event: ENTRY_CREATE - 新建 文字文件.txt
Event: ENTRY_DELETE - 新建 文字文件.txt
Event: ENTRY_CREATE - helloWorld.txt
Event: ENTRY_MODIFY - helloWorld.txt
Event: ENTRY_MODIFY - helloWorld.txt
Event: ENTRY_MODIFY - helloWorld.txt
Event: ENTRY_DELETE - helloWorld.txt
PathMatcher 檔案匹配
PathMatcher 是一個檔案路徑匹配介面，它可以幫助我們在遍歷檔案系統時，根據特定規則過濾出符合條件的檔案或目錄。它可以使用多種匹配語法（如 glob 和 regex），使得處理檔名或目錄名的模式變得更加靈活和高效。PathMatcher 的使用場景包括：
- 檔案過濾：在搜尋檔案時，我們可能需要根據檔名或目錄名的模式來過濾結果
- 批次操作：當我們需要對檔案系統中的一組檔案或目錄執行批次操作時，PathMatcher 可以幫助我們找到符合特定規則的檔案或目錄
- 目錄監控：可以結合 WatchService 對目錄監控，然後透過 PathMatcher 過濾找出我們想要檔案，如：.log 檔案的建立，修改等
以下是一個簡單示例程式碼：
import java.io.IOException;
import java.nio.file.*;
import java.util.stream.Stream;
public class PathMatcherExample {
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 建立 PathMatcher，使用 glob 語法：匹配所有以 .tmp 結尾的檔案（臨時檔案）
FileSystem fileSystem = FileSystems.getDefault();
PathMatcher matcher = fileSystem.getPathMatcher("glob:*.tmp");
// 在指定目錄，找到匹配的檔案，然後進行刪除
try (Stream<Path> walk = Files.walk(Paths.get("path/to/directory"))) {
walk.filter(path -> matcher.matches(path.getFileName())).forEach(path -> {
System.out.println(path.getFileName());
try {
Files.delete(path);
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
});
}
}
}
上面的示例程式是透過 PathMatcher 匹配 .tmp 結尾的臨時檔案，然後進行刪除的示例，結合 PathMatcher 可以輕鬆的完成一個清理臨時檔案的小程式。
讀檔案內容
上面的示例都是操作檔案和目錄，這裡介紹一下如何讀檔案的內容，為了方便演示讀取檔案，先在 path/to/file.txt 相對目錄下建立一個示例文字：
Java is a high-level programming language.
Python is an interpreted, high-level programming language.
JavaScript is a scripting language for Web development.
C++ is a general-purpose programming language.
Rust is a systems programming language.
讀檔案主要用到 Files 類的兩個方法：
readAllLines()方法：一次性載入，主要用於讀取小到中等的檔案lines()方法：逐行讀取，適用於大檔案
小檔案
readAllLines() 適用於讀取小到中等大小的檔案，因為它會將整個檔案內容載入到記憶體中，這個方法適用於在讀取檔案內容後立即處理整個檔案的情況。使用示例：
public class LinesExample {
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 讀取全部檔案
List<String> lines = Files.readAllLines(Paths.get("path/to/file.txt"), StandardCharsets.UTF_8);
// 對檔案內容進行處理
Map<String, Long> wordFrequency = lines.stream()
.flatMap(line -> Arrays.stream(line.split("\\s+")))
.map(String::toLowerCase)
.collect(Collectors.groupingBy(word -> word, Collectors.counting()));
System.out.println("Word Frequency:");
wordFrequency.forEach((word, count) -> System.out.printf("%s: %d%n", word, count));
}
}
大檔案
lines() 方法： 使用場景：適用於讀取大型檔案，因為它不會一次性將整個檔案內容載入到記憶體中。透過使用 Java 8 的 Stream API，可以在讀取檔案內容時同時處理每一行，從而提高處理效率。使用示例：
public class LinesExample {
public static void main(String[] args) throws IOException {
Path filePath = Paths.get("path/to/file.txt");
// 逐行讀取，並且在內容進行處理
Stream<String> lines = Files.lines(filePath);
Map<String, Long> wordFrequency = lines
.skip(3) // 跳過前 3 行
.flatMap(line -> Arrays.stream(line.split("\\s+")))
.map(String::toLowerCase)
.collect(Collectors.groupingBy(word -> word, Collectors.counting()));
System.out.println("Word Frequency:");
wordFrequency.forEach((word, count) -> System.out.printf("%s: %d%n", word, count));
lines.close();
}
}
輸出結果：
Word Frequency:
rust: 1
a: 2
c++: 1
systems: 1
language.: 2
is: 2
programming: 2
general-purpose: 1
總結
在過去，java.io 包主要負責處理檔案 I/O。但是它存在一些問題，例如效能不佳、API 不直觀、檔案後設資料操作困難等。為了解決這些問題，後期的 Java 版本引入了新的 java.nio.file 庫。現在 java.nio.file 已經成為處理檔案 I/O 的首選庫。 Path、Files、FileSystem 等工具類，可以更方便快捷的訪問和操作檔案系統。目前大多數的開發人員普遍認為 java.nio.file 比傳統的 java.io 包更直觀且易於使用。雖然 java.nio.file 庫已經非常成熟，但是隨著作業系統和檔案系統的發展，我們仍然可以期待在未來的 Java 版本中看到它的一些擴充套件和改進。