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前言
在 Java 中，文件操作是開發中非常常見的任務。傳統的文件操作通常依賴於 java.io 包中的類（如 File、InputStream 和 OutputStream），這些類適用於簡單的文件讀寫操作。然而，Java 7 引入了更強大且靈活的 NIO（New I/O） API，特別是 java.nio.file 包，使得文件操作更加高效、簡潔。
NIO（New I/O）是對傳統 I/O 的擴展，旨在提供更高效的 I/O 操作，特別是對於大文件的讀寫以及併發操作。java.nio.file 提供了許多新的文件操作方法，可以更方便地創建、刪除、讀取、寫入和操作文件。
本文將介紹如何使用 Java NIO 文件 API 進行文件操作，重點包括如何使用 Path 和 Files 類進行文件創建、刪除和修改，如何使用 FileChannel 和 ByteBuffer 進行文件讀寫等操作。
概述：NIO 文件 API 的使用
1. Java NIO 文件 API
java.nio.file 包提供了用於文件系統操作的類，主要包括：
Path：表示文件或目錄的路徑，替代了傳統的File類。Files：提供了用於文件和目錄的靜態方法，如創建、刪除、讀取、寫入文件等。FileChannel：提供了對文件內容的讀取和寫入操作，支持直接緩衝區。ByteBuffer：是 NIO 中的一個緩衝區類，用於處理字節數據。
NIO 提供的文件操作比傳統 I/O 更加高效，特別是在處理大文件時，支持非阻塞 I/O、內存映射文件等特性。
2. NIO 的優勢
- 非阻塞 I/O：可以異步讀取和寫入文件，避免了阻塞的 I/O 操作。
- 內存映射文件：通過內存映射文件提高文件讀寫性能，特別適用於大文件。
- 多通道和多緩衝區：支持多個通道和緩衝區的管理，能夠更高效地進行文件處理。
使用 Path 和 Files 操作文件
1. Path 和 Files 類簡介
Path：表示文件或目錄的路徑，替代了File類。通過Path類可以獲取文件的路徑、文件名、文件擴展名等信息。Files：提供了與文件系統交互的靜態方法，可以用於文件的創建、刪除、讀取、寫入等操作。
2. 創建文件
使用 Files.createFile() 方法可以創建一個新的文件，createDirectories() 方法可以創建目錄。
示例：使用 Path 和 Files 創建文件
import java.io.IOException;
import java.nio.file.*;
public class NioFileExample {
public static void main(String[] args) {
Path path = Paths.get("example.txt");
try {
// 創建一個新的文件
Files.createFile(path);
System.out.println("File created: " + path);
// 創建一個新的目錄
Path dirPath = Paths.get("exampleDir");
Files.createDirectories(dirPath);
System.out.println("Directory created: " + dirPath);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
Files.createFile()：創建一個文件。Files.createDirectories()：創建目錄及其父目錄。
3. 刪除文件
使用 Files.delete() 方法可以刪除文件，使用 Files.deleteIfExists() 可以在文件存在時刪除。
示例：刪除文件
import java.io.IOException;
import java.nio.file.*;
public class DeleteFileExample {
public static void main(String[] args) {
Path path = Paths.get("example.txt");
try {
if (Files.exists(path)) {
Files.delete(path);
System.out.println("File deleted: " + path);
} else {
System.out.println("File does not exist.");
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
Files.delete()：刪除指定文件。Files.deleteIfExists()：刪除文件，如果文件存在時。
4. 讀取文件內容
使用 Files.readAllLines() 方法可以將文件內容讀取為 List<String>，也可以使用 Files.readAllBytes() 讀取文件的字節內容。
示例：讀取文件內容
import java.io.IOException;
import java.nio.file.*;
import java.util.List;
public class ReadFileExample {
public static void main(String[] args) {
Path path = Paths.get("example.txt");
try {
// 讀取所有行到 List
List<String> lines = Files.readAllLines(path);
lines.forEach(System.out::println);
// 讀取文件的字節內容
byte[] bytes = Files.readAllBytes(path);
System.out.println("File content as bytes: " + new String(bytes));
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
Files.readAllLines()：讀取文件的每一行並返回List<String>。Files.readAllBytes()：讀取文件的所有字節內容。
5. 寫入文件內容
使用 Files.write() 方法可以將內容寫入文件，支持直接寫入字符串或字節數組。
示例：寫入文件內容
import java.io.IOException;
import java.nio.file.*;
import java.util.List;
public class WriteFileExample {
public static void main(String[] args) {
Path path = Paths.get("example.txt");
try {
// 寫入文本內容
String content = "Hello, NIO!";
Files.write(path, content.getBytes(), StandardOpenOption.CREATE, StandardOpenOption.APPEND);
// 寫入多個行
List<String> lines = List.of("Line 1", "Line 2", "Line 3");
Files.write(path, lines, StandardOpenOption.CREATE, StandardOpenOption.APPEND);
System.out.println("Content written to file: " + path);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
Files.write()：將內容寫入文件，支持追加或覆蓋操作。
文件通道與緩衝區：使用 FileChannel 和 ByteBuffer 進行文件操作
1. 使用 FileChannel 和 ByteBuffer
FileChannel 是 NIO 中用於讀取和寫入文件的類，它通過 ByteBuffer 進行緩衝區操作。通過 FileChannel，我們可以實現文件的高速讀寫操作。
示例：使用 FileChannel 和 ByteBuffer 進行文件寫入和讀取
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.file.*;
public class FileChannelExample {
public static void main(String[] args) {
Path path = Paths.get("exampleChannel.txt");
try (FileChannel fileChannel = FileChannel.open(path, StandardOpenOption.CREATE, StandardOpenOption.WRITE)) {
// 寫入數據到文件
String content = "Hello, FileChannel!";
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(content.getBytes());
fileChannel.write(buffer);
System.out.println("Data written to file.");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
// 讀取文件內容
try (FileChannel fileChannel = FileChannel.open(path, StandardOpenOption.READ)) {
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
int bytesRead = fileChannel.read(buffer);
if (bytesRead != -1) {
buffer.flip();
System.out.println("Data read from file: " + new String(buffer.array(), 0, bytesRead));
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
FileChannel.write()：將緩衝區中的數據寫入文件。FileChannel.read()：從文件中讀取數據到緩衝區。
2. 使用內存映射文件
NIO 還提供了 內存映射文件（Memory-Mapped Files）功能，可以將文件內容直接映射到內存中，從而提高文件的讀取和寫入性能，尤其在處理大文件時非常有用。
示例：使用內存映射文件
import java.io.IOException;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.file.*;
public class MappedFileExample {
public static void main(String[] args) {
Path path = Paths.get("largefile.txt");
try (RandomAccessFile memoryMappedFile = new RandomAccessFile(path.toFile(), "rw");
FileChannel fileChannel = memoryMappedFile.getChannel()) {
// 映射文件到內存
MappedByteBuffer mappedByteBuffer = fileChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, fileChannel.size());
System.out.println("Mapped file content: " + new String(mappedByteBuffer.array()));
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
FileChannel.map()：將文件映射到內存中，提供更高效的 I/O 操作。
代碼總結
Java NIO 提供了比傳統 I/O 更高效、更靈活的文件操作方式。通過 Path 和 Files 類，我們可以方便地進行文件的創建、刪除、讀取、寫入等操作；通過 FileChannel 和 ByteBuffer，我們能夠高效地處理大文件的讀寫操作。NIO 文件操作的優勢在於其高效性、靈活性和內存映射能力，特別適用於大數據量的文件操作。
關鍵點總結
Path和Files：簡化了文件的創建、刪除、讀取和寫入操作。FileChannel和ByteBuffer：用於高效的文件讀寫，特別是對大文件的處理。- 內存映射文件：提高大文件讀寫的性能，減少內存和磁盤的複製開銷。
使用 NIO API，開發者可以輕鬆處理文件 I/O，提升應用的性能和可伸縮性。
📝 寫在最後
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✍️ 作者：某個被流“治癒”過的 Java 老兵 🧵 本文原創，轉載請註明出處。
