Java文件操作全解：File类与IO流实战指南

一、File类：文件系统操作核心

1. 核心功能概览

// 创建File对象（文件或目录）
File file = new File("/data/test.txt");

// 常用方法
boolean exists = file.exists();     // 存在性检查
boolean isDir = file.isDirectory(); // 目录判定
long size = file.length();          // 文件大小
long time = file.lastModified();    // 最后修改时间

2. 文件系统操作示例

// 创建目录（递归创建）
File dir = new File("/data/logs");
if (!dir.exists()) {
    boolean success = dir.mkdirs(); // 单级用mkdir()
    System.out.println(success ? "创建成功" : "创建失败");
}

// 文件重命名/移动
File src = new File("old.txt");
File dest = new File("/backup/new.txt");
if (src.exists()) {
    boolean renamed = src.renameTo(dest);
}

// 删除文件
File tempFile = new File("temp.tmp");
if (tempFile.exists()) {
    boolean deleted = tempFile.delete();
}

3. 文件权限处理

// 设置可读可写
file.setReadable(true);
file.setWritable(true);

// 权限检查
if (!file.canRead()) {
    throw new SecurityException("无读取权限");
}

---

二、字节流：InputStream/OutputStream

1. 文件打开与关闭机制

2. 字节流读取操作对比

方法签名	功能描述	适用场景
int read()	读取单个字节	极低频率读取
int read(byte[] b)	读取到字节数组	常规批量读取
int read(byte[] b, int off, int len)	读取到数组指定区间	分段处理大文件

3. 字节流写入操作对比

方法签名	功能描述	效率影响
void write(int b)	写入单个字节	极低（频繁IO）
void write(byte[] b)	写入整个字节数组	高（批量IO）
void write(byte[] b, int off, int len)	写入数组指定区间	中（可控写入）

4. 最佳时间：使用try-with-resources自动关闭

try (InputStream in = new FileInputStream("source.dat");
     OutputStream out = new FileOutputStream("backup.dat")) {
    
    byte[] buffer = new byte[4096]; // 4KB缓冲区
    int bytesRead;
    while ((bytesRead = in.read(buffer)) != -1) {
        out.write(buffer, 0, bytesRead);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

---

三、字符流：Reader/Writer

1. 字符流 vs 字节流

特性	字节流	字符流
处理单位	字节（byte）	字符（char）
编码处理	需手动处理	自动转换
典型类	FIleInputStream/FileOutputStream	FileReader/FileWriter
适用场景	图片/视频等二进制文件	文本文件

2. 字符流读取操作

try (Reader reader = new FileReader("text.txt")) {
    char[] buffer = new char[1024];
    int charsRead;
    while ((charsRead = reader.read(buffer)) != -1) {
        String content = new String(buffer, 0, charsRead);
        System.out.print(content);
    }
}

3. 字符流写入操作

try (Writer writer = new FileWriter("log.txt", true)) { // true表示追加模式
    writer.write("===== 操作日志 =====\n");
    writer.write(LocalDateTime.now() + ": 用户登录\n");
    writer.write("===================\n");
}

---

四、缓冲区：性能优化关键

1. 缓冲原理图解

+----------------+     +---------------+     +----------+
|  硬盘/网络     | --> | 缓冲区         | --> | 程序内存  |
| (低速设备)     | <-- | (内存高速区域) | <-- | (处理区)  |
+----------------+     +---------------+     +----------+

2. 缓冲流使用示例

// 带缓冲的字符流
try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("bigfile.txt"));
     BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("output.txt"))) {
    
    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) { // 逐行读取
        bw.write(line.toUpperCase());
        bw.newLine(); // 换行符自动适配系统
    }
}

// 带缓冲的字节流
try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("image.jpg"));
     BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("copy.jpg"))) {
    
    byte[] buffer = new byte[8192]; // 8KB缓冲区
    int bytesRead;
    while ((bytesRead = bis.read(buffer)) != -1) {
        bos.write(buffer, 0, bytesRead);
    }
}

---

五、字符编码：中文处理核心

1. 常见编码问题场景

// 错误示例：未指定编码
FileReader reader = new FileReader("中文.txt"); // 使用平台默认编码

// 正确方案：显式指定UTF-8
Reader properReader = new InputStreamReader(
    new FileInputStream("中文.txt"), StandardCharsets.UTF_8);

2. 编码转换原理

+----------------+     +-------------------+     +-----------------+
| 字节数据        | --> | 解码(byte→char)    | --> | 字符数据         |
| (硬盘存储)      | <-- | 编码(char→byte)    | <-- | (程序处理)       |
+----------------+     +-------------------+     +-----------------+

---

六、Scanner：高级文本处理

1. 文本扫描示例

try (Scanner scanner = new Scanner(
        new File("data.csv"), StandardCharsets.UTF_8)) {
    
    scanner.useDelimiter(",|\n"); // 设置分隔符为逗号或换行
    
    while (scanner.hasNext()) {
        String id = scanner.next();
        String name = scanner.next();
        double price = scanner.nextDouble();
        
        System.out.printf("产品ID: %s, 名称: %s, 价格: %.2f%n", 
                         id, name, price);
    }
}

2. Scanner核心方法

方法	功能	返回值
next()	读取下一个标记	String
nextInt()	读取整数	int
nextLine()	读取整行	String
useDelimiter()	设置分隔符	Scanner
hasNext()	检查时候有更多输入	boolean

---

七、异常处理最佳实践

1. 常见IO异常类型

异常类型	触发场景	处理建议
FileNotFoundException	文件不存在	检查路劲或创建文件
SecurityException	权限不足	修改权限或选择其他位置
IOException	通用IO错误	关闭资源并记录日志
UnsupportEncodingException	无效编码	使用StandardCharsets枚举

2. 防御性编程示例

public void safeCopy(File source, File target) throws IOException {
    if (!source.exists()) {
        throw new FileNotFoundException("源文件不存在: " + source);
    }
    if (!source.canRead()) {
        throw new SecurityException("无读取权限: " + source);
    }
    
    try (InputStream in = new FileInputStream(source);
         OutputStream out = new FileOutputStream(target)) {
        // 复制逻辑...
    }
}

---

结语

Java文件操作以File类管理文件系统，字节流处理二进制数据，字符流解决文本编码问题。缓冲区提升IO效率，try-with-resources确保资源释放，显式指定编码避免乱码，权限检查保障操作安全。这套机制支撑着从配置文件到大数据处理的各类场景。文件操作没有银弹，但有永恒的原则：理解数据流向，尊重系统资源，敬畏每一字节的重量。 这不仅是技术之道，更是构建可靠系统的哲学基石。