Java 文件处理

学习目标

理解 Java 文件处理的核心概念与应用场景
掌握 File 类的基本用法，包括文件创建、删除与信息查询
区分字节流与字符流的适用场景
能够完成文件的创建、写入、读取和删除等基本操作
了解异常处理与资源管理的最佳实践

为什么需要文件处理

在程序运行过程中，内存中的数据是临时的，程序终止后即丢失。文件处理解决了以下关键问题：

持久化存储：将数据保存到磁盘，长期保留
数据共享：不同程序或系统可通过文件交换信息
大数据管理：高效组织和访问大量结构化 / 非结构化数据
日志记录：保存程序运行状态与错误信息

Java 通过 java.io 包提供完整的文件 I/O 支持。

File 类

文件与目录的抽象表示

File 类（位于 java.io 包）用于表示文件或目录的路径名，它不直接处理文件内容，而是提供元数据操作和文件系统交互能力。

import java.io.File;

public class FileExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建 File 对象（仅表示路径，不创建实际文件）
        File file = new File("data.txt");
        System.out.println("文件路径: " + file.getAbsolutePath());
    }
}

注意：new File("name") 不会在磁盘上创建文件，仅创建一个路径引用。

I/O 流

数据读写的真正机制

虽然 File 类用于表示文件，但实际的数据读写依赖 I/O 流。Java I/O 流分为两大类：

1. 字节流

处理 8 位原始字节（byte）
适用于二进制数据：图片、音频、视频、压缩包等
核心抽象类：InputStream（读）、OutputStream（写）
常用实现类：
- FileInputStream / FileOutputStream：文件字节读写
- BufferedInputStream / BufferedOutputStream：带缓冲，提升性能

2. 字符流

处理 16 位 Unicode 字符
适用于文本数据，自动处理字符编码（如 UTF-8）
核心抽象类：Reader（读）、Writer（写）
常用实现类：
- FileReader / FileWriter：文本文件读写
- BufferedReader / BufferedWriter：带缓冲，支持按行读取

选择原则：
文本 → 字符流（FileReader / FileWriter）
二进制 → 字节流（FileInputStream / FileOutputStream）

基础文件操作

1. 创建文件

使用 createNewFile() 方法创建新文件（若不存在）：

import java.io.File;
import java.io.IOException;

public class CreateFile {
    public static void main(String[] args) {
        File file = new File("notes.txt");
        
        try {
            if (file.createNewFile()) {
                System.out.println("文件已创建: " + file.getName());
            } else {
                System.out.println("文件已存在");
            }
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("创建文件失败: " + e.getMessage());
        }
    }
}

createNewFile() 是原子操作，可避免并发创建冲突

2. 写入文件

使用 FileWriter 向文件写入文本：

import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;

public class WriteFile {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileWriter writer = new FileWriter("notes.txt")) {
            writer.write("Java 文件处理功能强大且灵活！");
            writer.write("\n这是第二行内容。");
            System.out.println("内容已成功写入文件");
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("写入失败: " + e.getMessage());
        }
    }
}

使用 try-with-resources 自动关闭流，确保数据落盘

追加模式写入

// 第二个参数为 true 表示追加
try (FileWriter writer = new FileWriter("notes.txt", true)) {
    writer.write("\n此内容被追加到文件末尾。");
}

3. 读取文件

方式一：使用 Scanner（适合逐行读取）

import java.io.File;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.util.Scanner;

public class ReadFileWithScanner {
    public static void main(String[] args) {
        try (Scanner scanner = new Scanner(new File("notes.txt"))) {
            while (scanner.hasNextLine()) {
                String line = scanner.nextLine();
                System.out.println(line);
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.err.println("文件未找到: " + e.getMessage());
        }
    }
}

方式二：使用 BufferedReader（更高效）

import java.io.*;

public class ReadFileWithBufferedReader {
    public static void main(String[] args) {
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("notes.txt"))) {
            String line;
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("读取失败: " + e.getMessage());
        }
    }
}

BufferedReader 性能优于 Scanner，尤其在大文件场景

4. 删除文件

使用 delete() 方法删除文件：

import java.io.File;

public class DeleteFile {
    public static void main(String[] args) {
        File file = new File("notes.txt");
        
        if (file.delete()) {
            System.out.println("文件已删除: " + file.getName());
        } else {
            System.out.println("删除失败（文件不存在或无权限）");
        }
    }
}

注意：delete() 也可用于删除空目录

最佳实践

1. 指定字符编码

避免乱码

FileReader/FileWriter 使用系统默认编码，跨平台可能出错。推荐显式指定编码：

// 写入 UTF-8 编码文件
try (Writer writer = new OutputStreamWriter(
        new FileOutputStream("output.txt"), 
        StandardCharsets.UTF_8)) {
    writer.write("中文内容");
}

2. 检查文件属性

File file = new File("data.txt");
System.out.println("是否存在: " + file.exists());
System.out.println("是否为文件: " + file.isFile());
System.out.println("是否为目录: " + file.isDirectory());
System.out.println("文件大小: " + file.length() + " 字节");
System.out.println("最后修改时间: " + new Date(file.lastModified()));

3. 创建多级目录

File dir = new File("parent/child/grandchild");
if (dir.mkdirs()) { // mkdirs() 创建所有必要父目录
    System.out.println("目录结构已创建");
}

重点总结

File 类用于表示文件 / 目录路径，不处理内容
实际读写依赖 I/O 流：文本用字符流，二进制用字节流
四大基础操作：
- 创建（createNewFile）
- 写入（FileWriter）
- 读取（Scanner/BufferedReader）
- 删除（delete）
务必使用 try-with-resources 管理流资源
跨平台文本处理应显式指定编码（如 UTF-8）
BufferedWriter/BufferedReader 可显著提升 I/O 性能

思考题

File file = new File("test.txt"); 这行代码是否会在磁盘上创建文件？为什么？
在什么情况下 file.delete() 会返回 false？列举至少三种可能原因。
如果需要频繁向日志文件追加内容，使用 FileWriter 直接写入 vs 使用 BufferedWriter 包装，性能差异有多大？为什么？