近2万字详解JAVA NIO2文件操作

从classpath中读取过文件的人，都知道需要写一些读取流的方法，很是繁琐。最近使用IDEA在打出.这个符号的时候，一行代码让人激动不已：竟然提供直接读出bytes字节的方法。
byte[] bytes = Test
.class
.getResourceAsStream("/test.txt")
.readAllBytes();
复制代码这真是太让人振奋了，再也不用写一些丑陋的，还容易忘记关闭流的代码了。
可惜的是，代码提示给了当头一棒。这需要Java的9版本以上才能支持。这就像一个还有1年寿命的患者看到救命的药，还需要两年才能问世的感觉，是一样的。

废话少说，我们用不了这些函数，难道Java7+的也用不了么（有些可怜的宝贝们还真用不了）？话说回来，JAVA7+对NIO进行了增强，主要在对文件操作部分做了大量的改进。它体现在，将File操作进行分离、封装、改进，最终形成Path（Paths）、Files、FileSystem（FileSystems）三个主要类。
我们亲切的叫它NIO2。
其中，Paths、Files中提供了大量便捷的静态操作方法；NIO2还提供了有关文件权限（属性）操作、软连接、文件查找等高级API，使得NIO2具有更全面的文件系统操作接口。
新入行的小鲜肉可能一开始就接触这个了，但对我们一些老程序员来说，突然看到这些东西，就像打开了一个新大陆。所以本文面向的是还不知道这些个操作的菜鸟，以及懒癌晚期的老Java程序员。
1、Path
文件系统都是Tree或者层级结构来组织文件的，任何一个节点可以是一个目录或者一个文件，在NIO2中称为Path，这和原来的File有很多相似之处，只是Path具有更多的表述语义。
1.1、基本属性
以下代码展示了它的基本属性。
Path path = Paths.get("/data/logs/web.log");
//属性
//获取路径中的文件名或者最后一个节点元素
System.out.printf(“FileName:%s%n”, path.getFileName());
//路径节点元素的格式
System.out.printf(“NameCount:%s%n”, path.getNameCount());
//遍历路径节点方法1
Iterator names = path.iterator();
int i = 0;
while (names.hasNext()) {
Path name = names.next();
System.out.printf(“Name %s:%s%n”,i,name.toString());
i++;
}
//方法2
for(int j = 0; j < path.getNameCount(); j++) {
System.out.printf(“Name %s:%s%n”,j,path.getName(j));
}
//父路径
System.out.printf(“Parent:%s%n”,path.getParent());
//跟路径,比如"/"、“C:”;如果是相对路径，则返回null。
System.out.printf(“Root:%s%n”,path.getRoot());
//子路径，结果中不包含root，前开后闭
System.out.printf(“Subpath[0,2]:%s%n”,path.subpath(0,2));
复制代码结果：
FileName:web.log
NameCount:3
Name 0:data
Name 1:logs
Name 2:web.log
Name 0:data
Name 1:logs
Name 2:web.log
Parent:/data/logs
Root:/
Subpath[0,2]:data/logs
复制代码1.2、路径转换
1）比如“/data/logs/./web.log”、“/data/logs/…/db”这种包含“冗余”路径的，有时候我们需要转换为正常路径语句，则使用“Path.normalize()”方法，无比的清爽清洁。
Path path = Paths.get("/data/logs/…/web.log");
//输出结果：/data/web.log
System.out.printf("%s%n",path.normalize());
复制代码2）如果文件需要被外部资源访问（resource），你可以通过Path.toUri()来转换，path对应的文件或者目录可以不存在，此方法不会check异常：
Path path = Paths.get("/data/logs/web.log");
//表示本地文件的uri,输出结果：file:///data/logs/web.log
System.out.printf("%s%n",path.toUri());
复制代码3）toAbsolutePath()：如果路径为相对路径，则转换为绝对路径，对于JAVA程序而言，起始路径为classpath。此方法不会检测文件是否真的存在或者有权限。
4）其中toRealPath()是比较重要的方法，不过它会对文件是否存在、访问权限进行检测，需要捕获异常。首先检测文件是否存在、是否有权限；如果path为相对路径，则将会转换为绝对路径，同“3）”；如果是“符号连接”文件（软连接），则获取其实际target路径（除非指定了NO_FOLLOW_LINKS）；如果路径中包含“冗余”，则移除，同1）。这个方法，通常用于对“用户输入的path”进行校验和转换，使用比较多。
5）resolve()：路径合并，当前path与参数进行路径合并，append。
6）relativize()：获取相对路径，“/data”与“/data/logs/p1”的相对路径为“logs/p1”，反之为“…/…/”。
2、Files
Files类中提供了大量静态方法，用于实现文件（目录）的创建、复制、迁移、删除以及访问文件数据等操作。
2.1、检测文件或目录
Files.exists(Path)和notExists(Path)两个方法，这两个方法都会实际检测文件或者目录是否存在、以及是否有访问权限。注意：!exist() 与notExists()并不完全相等，exist可能有三种状态：如果不存在或者安全校验不通过则返回false，如果返回true则表示文件确实存在且有权限。notExists()检测类似，对于没有通过安全校验的也会返回false；当exists与notExists同时返回false时，说明文件不可以验证（即无权限），所以通常这两个方法需要同时使用。
https://www.jianshu.com/p/afb04c02bdc2
https://www.jianshu.com/p/9a4d54616cda
https://www.jianshu.com/p/afe0b866b620
https://www.jianshu.com/p/b9a0efcd4cd5
https://www.jianshu.com/p/b94079b1eda9
https://www.jianshu.com/p/0df3f258e778
https://www.jianshu.com/p/58307ddd4bfd
判断文件（目录）具有读、写、执行的权限，可以通过如下方法：
Path path = Paths.get(“data/logs/web.log”);
boolean isRegularExecutableFile = Files.isRegularFile(path) &
Files.isReadable(path) & Files.isExecutable(path);
复制代码有时候，两个不同的path，会指向同一个文件，比如当一个path是软连接时，此时可以使用Files.isSameFile(p1,p2)来检测，当然你可以通过Path + LinkOption相关组合获取target实际path来比较。
2.2、删除
delete和deleteIfExists两个方法均可删除文件，前者尝试删除的文件如果不存在则会抛出异常。如果文件是软连接，则只删除连接文件而不会删除target文件，如果path为目录，则目录需要为空，否则删除失败（IOException）。在删除操作之前，最后做一些常规的检测，比如文件是否存在（有权限）、目录是否为空等。稍后我们再介绍“递归删除目录树和文件”。
2.3、文件（目录）复制
copy(Path,Path,CopyOption…)方法可以复制文件，不过，需要注意CopyOption的相关选项。
当copy一个软连接文件时，默认将会复制target文件，如果只想复制软连接文件而不是target内容，可以指定NOFOLLOW_LINKS选项。CopyOption的实现类为StandardCopyOption，此外CopyOption也扩展了LinkOption，即包含NOFOLLOW_LINKS选项。如下为CopyOption选项列表：
1）REPLACE_EXISTING：如果目标文件已经存在，则直接覆盖；如果目标文件是个软连接，则软连接文件本身被覆盖（而非连接文件的target文件）；如果复制的是目录，且目标目录不为空时，则会抛出异常（DirectoryNotEmptyException），稍后介绍“递归复制目录树和文件”。此参数通常必选。复制目录时，目标目录会自动创建，源目录中如果有文件，则不会复制文件，只会创建空的目标目录。source和target，要么同时是目录、要么同时是文件。
2）COPY_ATTRIBUTES：复制文件时，也同时复制目标文件的属性（metadata），对于文件属性（FileAttribute）的支持依赖于文件系统（和平台），不过lastModifiedTime通常会被复制。
3）NOFOLLOW_LINKS：继承自LinkOption，表示如果文件是软连接，则不followed，即只复制连接文件，不复制其target实际文件内容。
4）ATOMIC_MOVE：只支持move操作，copy不支持。
Path source = Paths.get("/data/logs/web.log");
Path target = Paths.get("/data/logs/web.log.copy");
Files.copy(source,target,REPLACE_EXISTING,COPY_ATTRIBUTES,NOFOLLOW_LINKS);
复制代码2.4、移动
move(Path,Path,CopyIOption)，基本原则同copy。需要注意，如果是目录，目录中包含文件时也可以移动的（这可能依赖于平台），子目录也一起移动，但是目标目录必须为空（DirectoryNotEmptyException）。基本语义同“mv -rf”，目标目录不需要提前创建，move结束后，源目录将不存在。支持两种选项：
1）REPLACE_EXISTING：如果目标文件已存在，则覆盖；如果目标文件是软连接，则连接文件被覆盖但是其指向不会受影响。
2）ATOMIC_MOVE：原子复制，需要平台的文件系统支持（不支持则抛出异常），指定此参数时其他选项将被忽略；如果文件不能被原子复制（或者替换），则会抛出AtomicMoveNotSupportedException。
2.5、打开文件
Files类中提供了多个静态的方法，用于直接读写文件。如下为文件打开的几个选项参（StandardOpenOptions）：
1）WRITE: 打开文件用于write访问。
2）APPEND:在文件尾部追加数据，伴随用于WRITE或CREATE选项。
3）TRUNCATE_EXISTING:将文件truncate为空，伴随用于WRITE选项。比如，文件存在时，将文件数据清空并重新写入。
4）CREATE_NEW:创建新文件，如果文件已存在则抛出异常。
5）CREATE：如果文件已存在则直接打开，否则创建文件。
6）DELETE_ON_CLOSE:当文件操作关闭时则删除文件（close方法或者JVM关闭时），此选项适用于临时文件（临时文件不应该被其他进程并发访问）。
7）SPARSE:创建一个“稀疏”文件，伴随使用CREATE_NEW，适用于某些特殊的文件系统比如NTFS，这些大文件允许出现“gaps”（空洞）在某些情况下可以提高性能且这些gaps不消耗磁盘空间。
8）SYNC:对文件内容（data）或者metadata的修改，都会同步到底层存储。
9）DSYNC：对文件内容的修改，会同步到底层存储。
对于一些小文件（M级别），通常我们希望一次全部读取所有内容，而不再使用传统的方式迭代读取。
//全部读取小文件中的数据
//Files.readAllBytes(Paths.get("/data/web.log"));
List lines = Files.readAllLines(Paths.get("/data/web.log"),Charset.forName(“utf-8”));

//将准备好的数据，直接全部写入文件。（打开、写入）
Files.write(Paths.get("/data/web-1.log"),lines,Charset.forName(“utf-8”),
StandardOpenOption.APPEND,
StandardOpenOption.CREATE));

//传统操作
try (BufferedReader reader = Files.newBufferedReader(Paths.get("/data/web.log"))) {
while (true) {
String line = reader.readLine();
if (line == null) {
break;
}
System.out.println(line);
}
} catch (IOException e) {
//
}

//传统操作
try (BufferedWriter writer = Files.newBufferedWriter(Paths.get("/data/web.log"),Charset.forName(“utf-8”),StandardOpenOption.APPEND,
StandardOpenOption.CREATE)) {
for(String line : lines) {
writer.write(line);
}
} catch (IOException e) {
//
}
复制代码此外Files中还提供了基于buffer的channel操作，返回类型为SeekableByteChannel，这种操作通常适用于读或者写，以及数据可以基于buffer进行拆封包，其他特性类似“随机访问文件”。（Files.newByteChannel()，功能同File.open()）
Path path = Paths.get("/data/web.log");
//创建一个普通文件，如果已存在则抛出异常，文件属性为默认。
Files.createFile(path);

//创建临时文件，临时文件的目录和前缀可以为null，后缀如果为null时默认使用".tmp";
Files.createTempFile(null,null,".tmp");
//创建一个软连接文件
Files.createSymbolicLink(Paths.get("/data/link.log"),Paths.get("/data/web.log"));
复制代码2.6、Metadata管理
2.6.1、BasicFileAttributes
BasicFileAttributes基本接口，提供了一些基本的文件metadata，比如lastAccessTime、lastModifiedTime等，它的实现类因平台而已有：DosFileAttributes、PosixFileAttribute、UnixFileAttribute等；不同平台所能支持的属性有所不同。(在跨平台场景下，你可能需要使用FileStore来判断当前文件系统是否支持相应的FileAttributeView）
Path path = Paths.get("/data/logs/web.log");
BasicFileAttributes attributes = Files.readAttributes(path,BasicFileAttributes.class);
System.out.println(“regular file:” + attributes.isRegularFile());
System.out.println(“directory:” + attributes.isDirectory());
System.out.println(“symbolic link:” + attributes.isSymbolicLink());
System.out.println(“modified time:” + attributes.lastModifiedTime().toMillis());

//修改系统更新属性
Files.setLastModifiedTime(path,FileTime.fromMillis(System.currentTimeMillis()));

//修改其他属性
Files.setAttribute(path,“dos:hidden”,true);
复制代码属性名格式为“view-name:attribute-name”，比如“dos:hidden”；其中合法的view-name目前有“basic”、“posix”、“unix”、“owner”（所有者信息，权限），属性的列表需要根据自己的平台对应相应的Attributes类，否则会导致设置异常。
2.6.2、PosixFileAttributes
Path path = Paths.get("/data/logs/web.log");
PosixFileAttributes attributes = Files.readAttributes(path,PosixFileAttributes.class);

//用户组和权限
UserPrincipal userPrincipal = attributes.owner();
System.out.println(userPrincipal.toString());

GroupPrincipal groupPrincipal = attributes.group();
System.out.println(groupPrincipal.toString());

Set permissions = attributes.permissions();
//将权限转换为文件属性，用于创建新的文件,目前文件权限也是一种属性
FileAttribute<Set> fileAttribute = PosixFilePermissions.asFileAttribute(permissions);

Files.createFile(Paths.get("/data/test.log"),fileAttribute);

//修改文件权限，可以在permissions中增减权限列表，枚举
Files.setPosixFilePermissions(path,permissions);
复制代码从权限字符串中，构建权限列表
Set permissions = PosixFilePermissions.fromString("-rw-r–r--");
Files.setPosixFilePermissions(path, permissions);
复制代码修改文件（目录）的所有者或者所在组：
Path path = Paths.get("/data/logs/web.log");
//首先找到系统中的其他用户，根据用户名
UserPrincipal userPrincipal = path.getFileSystem().getUserPrincipalLookupService().lookupPrincipalByName(“userName”);
Files.setOwner(path,userPrincipal);
//或者
Files.getFileAttributeView(path,FileOwnerAttributeView.class).setOwner(userPrincipal);

//修改group
GroupPrincipal groupPrincipal = path.getFileSystem().getUserPrincipalLookupService().lookupPrincipalByGroupName(“groupName”);
Files.getFileAttributeView(path,PosixFileAttributeView.class).setGroup(groupPrincipal);
复制代码2.6.3、UserDefinedFileAttributeView
用户自定义文件属性（即扩展文件属性），以及属性值的长度，这取决于底层文件系统或者平台是否支持。目前，主流的平台和文件系统都支持扩展文件属性，比如FreeBSD（ZFS）、Linux（ext3、ext4、ZFS）、MacOS等。默认情况下，此操作是开启的，如果已关闭，可以通过“sudo mount -o remount,user_xattr {你的文件系统挂载路径}”，否则也会抛出UnsupportedOperationException。
Path path = Paths.get("/data/logs/web.log");
UserDefinedFileAttributeView view = Files.getFileAttributeView(path,UserDefinedFileAttributeView.class);
String name = “user.mimetype”;
int size = view.size(name);//我个人认为JDK应该直接支持获取属性值，而不是再周折一番
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(size);
view.read(name,buffer);
buffer.flip();
String value = Charset.defaultCharset().decode(buffer).toString();
System.out.println(value);
//其他操作，比如list获取所有属性的列表等。

//写入或者跟新自定义属性
view.write(name,Charset.defaultCharset().encode(“text/html”));
复制代码3、FileSystem
FileStore是新增的API，用于描述底层存储系统，一个平台有多个FileStore，我们可以通过FileSystem获取FileStore的列表，以及每个store的存储状态、文件列表等。
Path path = Paths.get("/data/logs/web.log");
path.getFileSystem().getFileStores();//获取文件所属的文件系统的所有的存储器。

//当前文件系统所能支持的FileAttributeView，此后可以对文件使用相应的view获取或者修改属性
Set viewNames = FileSystems.getDefault().supportedFileAttributeViews();
System.out.println(viewNames);//basic，unix，posix，owner，dos等

//或者，全局
//遍历所有的磁盘存储
Iterable fileStores = FileSystems.getDefault().getFileStores();//获取默认文件系统的所有存储器
for(FileStore store : fileStores) {
System.out.println("----------------------------");
System.out.println(“className:” + store.getClass().getName());
System.out.println(“name:” + store.name());//磁盘名称
System.out.println(“type:” + store.type());//类型
System.out.println(“readOnly:” + store.isReadOnly());//是否为只读
System.out.println(“usableSpace:” + store.getUsableSpace() + “/” + store.getTotalSpace());
boolean supported = store.supportsFileAttributeView(BasicFileAttributeView.class);
//或者
//boolean supported = store.supportsFileAttributeView(“basic”);
//fileStore的属性，不同于FileAttributes，这些属性应该与FileStore的各个实现类对应。
Long totalSpace = (Long)store.getAttribute(“totalSpace”);
System.out.println(totalSpace);
复制代码可以获取每个FileStore支持的FileAttributeView，此后即可通过Files.getFileAttributeView()来获取相应的视图类。每个view都有简写名称，比如BasicFileAttributeView.name()返回其简写名称为“basic”。目前JDK支持很多FileAttributeView，比如BasicFileAttributeView、UnixFileAttributeView等等，以及允许自定义的UserDefinedFileAttributeView等。JDK将获取文件属性、修改文件属性的操作全部基于对应的FileAttributeView类来实现。
PosixFileAttributeView view = Files.getFileAttributeView(path,PosixFileAttributeView.class);
PosixFileAttributes fileAttributes = view.readAttributes();
复制代码此外，根据FileStore的底层存储不同，有多种实现，可以参看FileStore的实现类，比如UnixFileStore、BsfFileStore（Mac）等，每个FileStore所能支持的attribute也不太相同，需要根据其对应的实现类获取，也可以使用FileStore.getAttribute()来获取，但是属性名需要与类中支持的属性名对应。
4、目录操作
JAVA中目录也用Path表示，其基本属性与File一样。
4.1、列举根目录
//遍历文件系统的所有根目录
Iterable roots = FileSystems.getDefault().getRootDirectories();
for(Path root : roots) {
System.out.print(root);
}
复制代码4.2、创建、删除
Path dir = Paths.get("/data/xyz");
Files.createDirectories(dir);
Files.createDirectory(dir);
复制代码其中createDirectory()方法是一个“严格校验”的方法，如果父路径不存在则会抛出异常，如果路径已经存在或者同名文件存在则会抛出异常，简单来说此方法只能创建最后一级目录（且此前不存在）。对于createDirectories()方法，比较兼容，会逐层校验并创建父路径，如果不存在则创建。
创建目录时，也可以像文件那样，指定文件属性（包括权限）
Path dir = Paths.get("/data/xyz/12x/123x");
Set permissions = PosixFilePermissions.fromString("-rw-rw----");
FileAttribute<Set> fileAttribute = PosixFilePermissions.asFileAttribute(permissions);
Files.createDirectories(dir,fileAttribute);
复制代码4.3、遍历目录
Path dir = Paths.get("/data");
DirectoryStream stream = Files.newDirectoryStream(dir);
for (Path path : stream) {
System.out.println(path);
}
stream.close();
复制代码stream方式会遍历指定目录下的所有文件，包括文件。目录。连接、隐藏文件或者目录等。
此外，JDK还支持基于filter模式，在遍历时过滤“非必要”的文件或者目录。
Path dir = Paths.get("/data");
DirectoryStream.Filter filter = new DirectoryStream.Filter () {
@Override
public boolean accept(Path entry) throws IOException {
return Files.isRegularFile(entry);
}
};
DirectoryStream stream = Files.newDirectoryStream(dir,filter);
for (Path path : stream) {
System.out.println(path);
}
stream.close();
复制代码4.4、Glob文件过滤器
NIO2中新增支持了基于Glob的文件过滤器，一种类似于正则表达式的匹配语法；glob是来自unlix（shell指令）用于文件匹配的表达式，很多主流语言和平台（dos、window）都支持，不过不同语言对glob的支持程度不同（需要注意）。
1、 ：匹配任意多个任意字符，包括空字符（none）。比如“/data/.log”匹配“data”目录下所有以“.log”结尾的文件。
2、 ：类似于*，匹配任意多个字符，不过它可以越过目录分割符，此语法通常用于匹配全路径。比如：“/data/”
3、?：只匹配一个字符。
4、\：转义符，用于转义特殊字符，比如“\”、“-”、“{”、“}”、“[”等等。比如需要匹配“{”那么其字面表达式为“{”，“\”用于匹配单斜杠。
5、!：非，不包含，通常配合[]使用。（貌似不支持^）
6、{}：指定一组子规则，比如：
1）{sum,moon,stars}：匹配“sun”或者“moon”或者“starts”（其一即可），子规则使用“,”分割。
2）{temp*,tmp*}：匹配以temp或者tmp开头的所有字符串。
7、[]：匹配一组字符串中的单个字符，如果字符串集中包含“-”则匹配区间中单个字符。比如[abc]匹配“a”或者“b”或者“c”,[a-z]匹配a到z小写字符中的一个，[0-9]匹配0 _{9任意一个数字。可以混合使用，比如[abce-g]匹配“a”、“b”、“c”、“e”、“f”、“g”，[!a-c]匹配除a、b、c之外的任意一个字符。复合子规则使用“,”分割，比如[a-z,0-9]匹配a}z或者0~9任意一个字符。
在[]中，“ ”、“?”、“\”只匹配其自己（字面），如果“-”在[]内且是第一个字符或者在!之后，也匹配自己。
8、文件中的前导字符、“.”将作为普通字符对待。比如“”可以匹配“.tmp”这个文件，FIles.isHidden()可以用来检测此文件为隐藏文件。
9、其他所有字符匹配其自己（取决于因平台而已的实现方式，包括路径分隔符等）。
示例：
1、 .html匹配任意已“.html”结尾的文件。
2、???：匹配任意三个字符（包括数字字符）
3、[0-9] ：匹配包含一个数字的任意多个字符。
4、.{htm,html}，匹配任意以“html”或者“htm”结尾的字符串。
GLobbing表达式，一种比较便捷的过滤策略，对于一些简单的操作（主要是只根据文件或者路径名特性匹配时），可以不使用Filter的情况下完成，当然glob的内部实现仍然是基于封装的Filter来实现（PathMatcher）；但是glob语法相对简单，JDK NIO2有关文件过滤表达式，可以同时支持glob和正则表达式。稍后介绍如何使用PathMatcher来遍历文件或者目录树。
Path dir = Paths.get("/data");
//内部，默认会对glob表达式增加前缀,glob,为了兼容PathMatcher
DirectoryStream stream = Files.newDirectoryStream(dir,"*.txt");
for (Path path : stream) {
System.out.println(path);
}
stream.close();
复制代码4.5、操作链接文件
硬连接（或者连接）：
1）文件有相同的 inode 及 data block；
2）只能对已存在的文件进行创建；
3）不能交叉文件系统进行硬链接的创建；
4）不能对目录进行创建，只可对文件创建；
5）删除一个硬链接文件并不影响其他有相同 inode 号的文件。
软连接（符号连接）：软链接与硬链接不同，若文件用户数据块中存放的内容是另一文件的路径名的指向，则该文件就是软连接。软链接就是一个普通文件，只是数据块内容有点特殊。软链接有着自己的 inode 号以及用户数据块。因此软链接的创建与使用没有类似硬链接的诸多限制：
1）软链接有自己的文件属性及权限等；
2）可对不存在的文件或目录创建软链接；
3）软链接可交叉文件系统；
4）软链接可对文件或目录创建；
5）创建软链接时，链接计数 i_nlink 不会增加；
6）删除软链接并不影响被指向的文件，但若被指向的原文件被删除，则相关软连接被称为死链接（即 dangling link，若被指向路径文件被重新创建，死链接可恢复为正常的软链接）。
##创建连接
ln 目标 连接名

创建软连接

ln -s 目标 连接名

##查看软连接目标指向，对于硬连接是不显示。
ls -l 软连接文件

##通过stat指令可以查看软硬连接的inode和block信息
##发现硬连接与目标文件的信息完全一致。
##软连接文件有单独的inode和block。