一、文件操作技术演进

二、核心类对比分析

1. 传统IO vs NIO

2. 主要工具类对比

三、基础文件操作全解

1. 文件读写操作

文本文件处理

// 传统IO写法（需处理编码）
try (BufferedReader reader = new BufferedReader(
       new InputStreamReader(new FileInputStream("data.txt"), StandardCharsets.UTF_8))) {
    String line;
    while ((line = reader.readLine()) != null) {
        process(line);
    }
}

// NIO2改进写法（Java8+）
List<String> lines = Files.readAllLines(Paths.get("data.txt"), StandardCharsets.UTF_8);
Files.write(Paths.get("output.txt"), lines, StandardOpenOption.CREATE);

二进制文件处理

// 小文件快速读写
byte[] fileContent = Files.readAllBytes(Paths.get("image.jpg"));
Files.write(Paths.get("copy.jpg"), fileContent);

// 大文件分块处理（内存优化）
try (InputStream is = new FileInputStream("large.dat");
     OutputStream os = new FileOutputStream("copy.dat")) {
    byte[] buffer = new byte[8192];
    int bytesRead;
    while ((bytesRead = is.read(buffer)) != -1) {
        os.write(buffer, 0, bytesRead);
    }
}

2. 目录操作

// 创建多级目录
Path newDir = Paths.get("data/2023/08");
Files.createDirectories(newDir);

// 遍历目录树
try (Stream<Path> paths = Files.walk(Paths.get("."))) {
    paths.filter(Files::isRegularFile)
         .forEach(System.out::println);
}

// 文件搜索（Java8+）
PathMatcher matcher = FileSystems.getDefault()
    .getPathMatcher("glob:**/*.{java,class}");
Files.walk(Paths.get("src"))
     .filter(matcher::matches)
     .forEach(System.out::println);

四、NIO高级特性

1. 内存映射文件（大文件处理）

try (RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("huge.data", "rw");
     FileChannel channel = raf.getChannel()) {
    
    MappedByteBuffer buffer = channel.map(
        FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, channel.size());
    
    // 直接操作内存缓冲区
    while (buffer.hasRemaining()) {
        byte b = buffer.get();
        // 处理字节数据
    }
}

2. 文件锁机制

try (FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get("data.lock"), 
       StandardOpenOption.WRITE)) {
    
    FileLock lock = channel.tryLock();
    if (lock != null) {
        try {
            // 执行排他操作
        } finally {
            lock.release();
        }
    }
}

3. 异步IO（Java7+）

AsynchronousFileChannel asyncChannel = AsynchronousFileChannel.open(
    Paths.get("async.data"), StandardOpenOption.READ);

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
asyncChannel.read(buffer, 0, buffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
    @Override
    public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
        // 处理读取完成
    }

    @Override
    public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
        // 处理异常
    }
});

五、最佳实践指南

1. 文件操作规范

• 路径处理：使用Paths.get()代替字符串拼接
• 异常处理：捕获FileSystemException及其子类
• 资源释放：优先使用try-with-resources
• 符号链接：使用Files.isSymbolicLink()检测

2. 性能优化技巧

// 缓冲区大小选择（经验值）
int bufferSize = 64 * 1024; // 64KB
try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(
       new FileInputStream("large.iso"), bufferSize)) {
    // 读取操作
}

// 并行处理文件（Java8+）
Files.list(Paths.get("input"))
     .parallel()
     .forEach(this::processFile);

3. 安全注意事项

// 路径注入防护
String userInput = "malicious/../../etc/passwd";
Path safePath = Paths.get("baseDir").resolve(userInput).normalize();
if (!safePath.startsWith(Paths.get("baseDir"))) {
    throw new SecurityException("非法路径访问");
}

// 文件权限控制
Set<PosixFilePermission> perms = EnumSet.of(
    OWNER_READ, OWNER_WRITE, GROUP_READ);
Files.setPosixFilePermissions(Paths.get("secret.txt"), perms);

六、特殊场景处理

1. 临时文件管理

// 自动删除临时文件
Path tempFile = Files.createTempFile("data_", ".tmp");
try {
    // 使用临时文件
} finally {
    Files.deleteIfExists(tempFile); // 显式删除
}

// 使用ShutdownHook删除
Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> {
    try {
        Files.delete(tempFile);
    } catch (IOException e) {
        logger.error("临时文件删除失败", e);
    }
}));

2. 文件监控（WatchService）

try (WatchService watcher = FileSystems.getDefault().newWatchService()) {
    Path dir = Paths.get("monitor");
    dir.register(watcher, 
        ENTRY_CREATE, 
        ENTRY_DELETE, 
        ENTRY_MODIFY);

    while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
        WatchKey key = watcher.take();
        for (WatchEvent<?> event : key.pollEvents()) {
            Path changedFile = (Path) event.context();
            System.out.println("文件变更: " + changedFile);
        }
        key.reset();
    }
}

七、常见问题解决方案

Q1：如何正确比较文件内容？

// 高效比较大文件（Java12+）
long mismatch = Files.mismatch(Paths.get("file1"), Paths.get("file2"));
if (mismatch == -1L) {
    System.out.println("文件内容完全相同");
}

// 传统MD5校验方法
MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
try (InputStream is = Files.newInputStream(file)) {
    byte[] buffer = new byte[8192];
    int len;
    while ((len = is.read(buffer)) != -1) {
        md.update(buffer, 0, len);
    }
}
byte[] digest = md.digest();

Q2：如何处理中文文件名乱码？

// 指定文件系统编码
Path path = Paths.get("中文目录");
String fileName = new String(path.getFileName().toString().getBytes("GBK"), "ISO-8859-1");

// 统一使用UTF-8编码
System.setProperty("sun.jnu.encoding", "UTF-8");
System.setProperty("file.encoding", "UTF-8");

Q3：如何高效复制大文件？

// NIO零拷贝技术（推荐）
try (FileChannel source = FileChannel.open(src, StandardOpenOption.READ);
     FileChannel dest = FileChannel.open(dst, StandardOpenOption.WRITE)) {
    dest.transferFrom(source, 0, source.size());
}

// Java9优化版
Files.copy(src, dest, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);

八、扩展工具推荐

1. Apache Commons IO

// 文件工具类
FileUtils.copyFile(srcFile, destFile);
List<String> lines = FileUtils.readLines(file, "UTF-8");

// 目录监控
FileAlterationMonitor monitor = new FileAlterationMonitor(5000);
FileAlterationObserver observer = new FileAlterationObserver("watchDir");
observer.addListener(new FileAlterationListenerAdaptor() {
    @Override
    public void onFileCreate(File file) {
        // 处理新建文件
    }
});

2. Java ZIP压缩

try (ZipOutputStream zos = new ZipOutputStream(new FileOutputStream("out.zip"))) {
    Files.walk(Paths.get("compressDir"))
         .filter(Files::isRegularFile)
         .forEach(path -> {
             ZipEntry entry = new ZipEntry(path.toString());
             zos.putNextEntry(entry);
             Files.copy(path, zos);
             zos.closeEntry();
         });
}

掌握Java文件操作的关键要点：

1. 优先使用NIO2（Files和Paths）API
2. 正确处理字符编码和换行符差异
3. 针对文件规模选择合适处理方式
4. 严格管理资源释放和异常处理
5. 重要操作添加事务回滚机制

建议在项目中：

• 统一文件操作工具类
• 建立文件路径白名单机制
• 对大文件操作实施监控和日志记录
• 定期进行文件系统安全审计