Java：File类、递归、字符集、IO流体系及Commons-io框架

1. File类：文件与目录的操作入口

1.1 File类的作用与创建对象

File类是Java操作文件和目录的基础，它仅表示文件/目录的路径信息（不直接操作文件内容），通过路径定位文件系统中的资源。

创建File对象：绝对路径与相对路径

• 绝对路径：从盘符开始的完整路径，如 C:/Users/笔记.txt（Windows）或 /home/user/笔记.txt（Linux/Mac），定位唯一且固定。
• 相对路径：从程序运行目录（当前工作目录）出发的路径，如 ./src/main/java（./ 表示当前目录），移植性强（项目移动时无需修改路径）。

代码案例：

import java.io.File;public class FileDemo {public static void main(String[] args) {// 1. 绝对路径创建File对象（Windows系统示例）File absoluteFile = new File("C:/Users/Desktop/学习计划.txt");System.out.println("绝对路径是否存在：" + absoluteFile.exists()); // 判断文件是否存在// 2. 相对路径创建File对象（假设当前工作目录是项目根目录）// ./ 表示当前目录，可省略；src是项目下的源代码目录File relativeFile = new File("src/main/resources/data.txt"); System.out.println("相对路径文件名称：" + relativeFile.getName()); // 获取文件名}
}

1.2 操作文件和目录的常用方法

方法名	作用	示例场景
createNewFile()	创建新文件（若不存在）	创建日志文件
mkdir()	创建单级目录	创建"temp"临时目录
mkdirs()	创建多级目录（如 a/b/c）	创建嵌套文件夹结构
delete()	删除文件/空目录（非空目录需先删内容）	清理临时文件
exists()	判断文件/目录是否存在	读取文件前检查存在性
isFile()/isDirectory()	判断是否为文件/目录	遍历目录时区分文件和子目录
getName()/getPath()	获取文件名/路径	显示文件列表
length()	获取文件大小（字节数）	检查文件是否为空

1.3 listFiles方法的注意事项

listFiles() 用于获取目录下的所有文件/子目录，返回 File[] 数组。注意事项：

1. 必须是目录：若调用者是文件或不存在，返回 null，需先判断 isDirectory()。
2. 权限问题：若目录无访问权限，返回 null。
3. 性能考虑：目录下文件过多时，数组占用内存较大，建议分批处理。

代码案例：

public class ListFilesDemo {public static void main(String[] args) {File dir = new File("C:/Users/Desktop");if (dir.isDirectory()) { // 先判断是否为目录File[] files = dir.listFiles(); // 获取目录下所有文件/子目录if (files != null) { // 避免null指针异常for (File file : files) {// 区分文件和目录，显示名称和类型String type = file.isFile() ? "文件" : "目录";System.out.println(type + "：" + file.getName());}}}}
}

2. 递归：自身调用解决层级问题

2.1 什么是递归？

递归是方法自身调用自身的编程技巧，用于解决具有重复子问题和层级结构的问题（如目录遍历、树形结构处理）。
形式：方法内部包含对自身的调用；
注意事项：必须有终结条件，否则会导致栈溢出（StackOverflowError）。

2.2 递归三要素

1. 公式：递归问题的分解（f(n) = n + f(n-1)）；
2. 终结点：停止递归的条件（如 n == 0 时返回 0）；
3. 走向终结点：每次递归需让参数接近终结点（如 n 逐渐减小）。

2.3 案例：根据文件名称查找文件

需求：递归遍历指定目录下所有文件，找到名称包含“笔记”的文件。
代码案例：

public class FileSearchByRecursion {public static void main(String[] args) {File dir = new File("C:/Users/Desktop"); // 起始目录searchFile(dir, "笔记"); // 调用递归方法查找包含"笔记"的文件}/*** 递归查找文件* @param dir 要遍历的目录* @param keyword 文件名关键字*/private static void searchFile(File dir, String keyword) {// 终结条件1：目录不存在，直接返回if (dir == null || !dir.exists()) return;// 终结条件2：若当前是文件，判断是否包含关键字if (dir.isFile()) {if (dir.getName().contains(keyword)) {System.out.println("找到文件：" + dir.getAbsolutePath());}return; // 文件无需继续递归，返回}// 若当前是目录，获取所有子文件/子目录File[] files = dir.listFiles();if (files == null) return; // 权限不足或为空目录，返回// 递归处理每个子文件/子目录（走向终结点：层级逐渐深入）for (File file : files) {searchFile(file, keyword); // 自身调用，处理子元素}}
}

执行流程：从起始目录开始，若为目录则遍历所有子元素，若为文件则检查名称，直到遍历完所有层级。

3. 字符集：字符与字节的映射规则

3.1 什么是字符集？

字符集（Charset）是字符与二进制字节的对应规则表，用于解决“如何用计算机存储文字”的问题。不同字符集支持的字符范围和编码方式不同，错误使用会导致乱码。

3.2 常见字符集介绍

字符集	起源与特点	支持语言	存储一个汉字所需字节
ASCII	美国标准，仅包含英文字母、数字和符号	英语	不支持汉字
GBK	中国国家标准，兼容ASCII，扩展支持中文	中文、英文	2字节
Unicode	国际标准，包含全球所有语言字符	所有语言	2字节（固定长度）
UTF-8	Unicode的可变长度实现，节省空间	所有语言	1-4字节（中文通常3字节）

3.3 UTF-8编码方案

UTF-8是目前最广泛使用的字符集，特点：

• 可变长度：根据字符范围使用1-4字节（英文字母1字节，中文3字节，生僻字4字节）；
• 兼容ASCII：ASCII字符（0-127）用1字节表示，与ASCII完全兼容；
• 无字节序问题：无需BOM（字节顺序标记），适合网络传输和文件存储。

3.4 编码与解码

• 编码：String → byte[]，将字符转换为字节（需指定字符集）；
• 解码：byte[] → String，将字节转换为字符（需与编码字符集一致，否则乱码）。

代码案例：

public class CharsetDemo {public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {String str = "你好，Java！";// 1. 编码：字符串 → 字节数组（使用UTF-8）byte[] utf8Bytes = str.getBytes("UTF-8"); // 2. 解码：字节数组 → 字符串（使用UTF-8，与编码一致）String utf8Str = new String(utf8Bytes, "UTF-8");System.out.println("UTF-8解码结果：" + utf8Str); // 结果：你好，Java！// 3. 错误示例：用GBK解码UTF-8字节（乱码）String gbkStr = new String(utf8Bytes, "GBK");System.out.println("GBK错误解码结果：" + gbkStr); // 结果：浣犲ソ锛屽璞★紒（乱码）}
}

4. IO流：数据传输的管道

4.1 认识IO流

IO流（Input/Output Stream）是Java用于读写数据的管道，数据从数据源（如文件、网络）通过“流”传输到程序，或从程序传输到目标（如文件、控制台）。

4.2 IO流的分类

按数据流向分：

• 输入流：数据从外部进入程序（读操作，如InputStream、Reader）；
• 输出流：数据从程序到外部（写操作，如OutputStream、Writer）。

按数据单位分：

• 字节流：以字节（1byte）为单位传输，可处理所有类型数据（文本、图片、视频等）；
• 字符流：以字符为单位传输，仅处理文本数据（需指定字符集，避免乱码）。

按流的角色分：

• 节点流：直接连接数据源/目标的流（如FileInputStream直接读文件）；
• 处理流：包装节点流，增强功能（如缓冲流提升性能，转换流处理字符集）。

4.3 IO流体系与实现类

核心父类：

• 字节流：InputStream（输入）、OutputStream（输出）；
• 字符流：Reader（输入）、Writer（输出）。

常用实现类：

流类型	节点流	处理流
字节输入流	FileInputStream	BufferedInputStream（缓冲）
字节输出流	FileOutputStream	BufferedOutputStream（缓冲）
字符输入流	FileReader	BufferedReader（缓冲）、InputStreamReader（转换）
字符输出流	FileWriter	BufferedWriter（缓冲）、OutputStreamWriter（转换）

5. 字节流：处理所有类型数据

5.1 字节输入流（InputStream）

作用：从数据源读取字节数据（如文件、网络）。
核心方法：

• read()：读取单个字节（返回字节值，-1表示结束）；
• read(byte[] b)：读取多个字节到数组（返回实际读取字节数，-1表示结束）；
• close()：关闭流，释放资源。

使用步骤：

1. 创建流对象（关联数据源）；
2. 调用read()读取数据；
3. 关闭流（必须释放资源）。

代码案例：读取图片文件（字节流处理非文本数据）

public class FileInputStreamDemo {public static void main(String[] args) {InputStream is = null;try {// 1. 创建字节输入流对象，关联图片文件is = new FileInputStream("C:/Users/Desktop/pic.jpg");// 2. 读取数据（使用byte数组缓冲，减少IO次数）byte[] buffer = new byte[1024]; // 每次读取1024字节（1KB）int len; // 记录实际读取的字节数while ((len = is.read(buffer)) != -1) { // 循环读取，直到返回-1（文件结束）System.out.println("读取到" + len + "字节数据");// 此处可处理数据（如写入输出流）}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {// 3. 关闭流（必须在finally中执行，确保异常时也能关闭）if (is != null) { // 避免null指针异常try {is.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}}
}

5.2 字节输出流（OutputStream）

作用：将字节数据写入目标（如文件、网络）。
核心方法：

• write(int b)：写入单个字节；
• write(byte[] b)：写入字节数组；
• write(byte[] b, int off, int len)：写入数组的部分字节（从off开始，共len个）；
• close()：关闭流。

代码案例：写入文本到文件（字节流处理文本需注意字符集）

public class FileOutputStreamDemo {public static void main(String[] args) {OutputStream os = null;try {// 1. 创建字节输出流对象，关联目标文件（append: true表示追加内容，false表示覆盖）os = new FileOutputStream("C:/Users/Desktop/log.txt", true);// 2. 写入数据（字符串需先编码为字节数组，指定UTF-8字符集）String content = "程序启动成功！\n";byte[] data = content.getBytes("UTF-8"); // 编码为字节数组os.write(data); // 写入字节数组System.out.println("写入完成");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {// 3. 关闭流if (os != null) {try {os.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}}
}

5.3 案例：文件复制（字节流经典应用）

需求：将一张图片从C:/source.jpg复制到D:/target.jpg。
代码案例：

public class FileCopyByByteStream {public static void main(String[] args) {// 1. 声明输入流和输出流（作用域需覆盖try-catch-finally）InputStream is = null;OutputStream os = null;try {// 2. 创建流对象，关联源文件和目标文件is = new FileInputStream("C:/source.jpg");os = new FileOutputStream("D:/target.jpg");// 3. 缓冲数组（一次读取1024KB，提升效率）byte[] buffer = new byte[1024 * 1024]; // 1MB缓冲int len; // 实际读取字节数// 4. 循环读取并写入while ((len = is.read(buffer)) != -1) {os.write(buffer, 0, len); // 写入实际读取的字节（避免写入缓冲数组中的无效数据）}System.out.println("文件复制完成！");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {// 5. 关闭流（先关输出流，再关输入流，避免资源泄漏）if (os != null) {try {os.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}if (is != null) {try {is.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}}
}

5.4 资源释放方案

资源：实现了Closeable或AutoCloseable接口的对象（如流、数据库连接），需手动关闭，否则会导致资源泄漏。

方案1：try-catch-finally（传统方式）

如上述案例，在finally中关闭流，确保异常时也能释放资源。

方案2：try-with-resource（JDK 7+，推荐）

语法：将资源声明在try()中，程序结束后自动关闭资源，无需手动close()。
代码案例：

public class TryWithResourceDemo {public static void main(String[] args) {// 资源声明在try()中，自动关闭（多个资源用;分隔）try (InputStream is = new FileInputStream("C:/source.jpg");OutputStream os = new FileOutputStream("D:/target.jpg")) {byte[] buffer = new byte[1024];int len;while ((len = is.read(buffer)) != -1) {os.write(buffer, 0, len);}System.out.println("复制完成（try-with-resource方式）");} catch (IOException e) { // 无需finally，资源自动关闭e.printStackTrace();}}
}

6. 字符流：专门处理文本数据

6.1 字符输入流（Reader）

作用：按字符读取文本数据（自动处理字节→字符的转换，需指定字符集）。
常用实现类：FileReader（简单文本读取）、BufferedReader（缓冲字符流，提升性能）。

核心方法：

• read()：读取单个字符（返回字符的Unicode值，-1表示结束）；
• read(char[] cbuf)：读取字符到数组；
• close()：关闭流。

代码案例：用FileReader读取文本文件

public class FileReaderDemo {public static void main(String[] args) {// try-with-resource方式声明流，自动关闭try (Reader reader = new FileReader("C:/Users/Desktop/note.txt", StandardCharsets.UTF_8)) {char[] buffer = new char[1024]; // 字符数组缓冲int len;while ((len = reader.read(buffer)) != -1) {// 将字符数组转换为字符串（取前len个有效字符）String content = new String(buffer, 0, len);System.out.print(content); // 打印读取内容}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

6.2 字符输出流（Writer）

作用：按字符写入文本数据（自动处理字符→字节的转换，需指定字符集）。
常用实现类：FileWriter（简单文本写入）、BufferedWriter（缓冲字符流）。

核心方法：

• write(int c)：写入单个字符；
• write(char[] cbuf)：写入字符数组；
• write(String str)：写入字符串（最常用）；
• flush()：刷新缓冲区（将内存数据强制写入目标）；
• close()：关闭流（会自动调用flush()）。

注意事项：flush()与close()的区别

• flush()：仅刷新缓冲区，流可继续使用（如多次写入后需立即保存）；
• close()：刷新缓冲区+关闭流，流不可再使用。

代码案例：用FileWriter写入文本

public class FileWriterDemo {public static void main(String[] args) {try (Writer writer = new FileWriter("C:/Users/Desktop/log.txt", StandardCharsets.UTF_8, true)) {writer.write("用户登录成功\n"); // 写入字符串writer.write("操作时间：" + LocalDateTime.now() + "\n");// 若需立即保存（如日志实时写入），调用flush()writer.flush(); // 强制刷新缓冲区，确保数据写入文件System.out.println("写入完成");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 无需close()，try-with-resource自动关闭（会先flush()）}
}

7. 缓冲流：提升IO性能的利器

7.1 缓冲流的作用与原理

作用：通过内存缓冲区减少物理IO次数，提升读写性能（尤其是大文件操作）。
原理：普通流每次读写1个字节/字符（频繁访问磁盘），缓冲流先将数据读入内存缓冲区（如8KB），缓冲区满后再一次性读写，减少磁盘访问次数。

7.2 缓冲字节流（BufferedInputStream/BufferedOutputStream）

使用方式：包装普通字节流，无额外API，用法与普通字节流一致。
代码案例：缓冲流复制大文件（性能对比普通流提升显著）

public class BufferedByteStreamDemo {public static void main(String[] args) {try (// 缓冲流包装节点流InputStream is = new BufferedInputStream(new FileInputStream("C:/largefile.zip"));OutputStream os = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("D:/copy.zip"))) {byte[] buffer = new byte[1024 * 1024]; // 1MB缓冲（缓冲流内部已有缓冲区，此处可进一步优化）int len;while ((len = is.read(buffer)) != -1) {os.write(buffer, 0, len);}System.out.println("大文件复制完成（缓冲字节流）");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

7.3 缓冲字符流（BufferedReader/BufferedWriter）

特有方法：

• BufferedReader.readLine()：读取一行文本（不含换行符，返回null表示结束）；
• BufferedWriter.newLine()：写入系统兼容的换行符（Windows：\r\n，Linux：\n）。

代码案例：读取文本文件并按行处理

public class BufferedCharStreamDemo {public static void main(String[] args) {try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("C:/poem.txt", StandardCharsets.UTF_8));BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("C:/poem_copy.txt", StandardCharsets.UTF_8))) {String line; // 存储每行内容// 按行读取（readLine()返回null时结束）while ((line = br.readLine()) != null) {System.out.println("读取行：" + line);bw.write(line); // 写入行内容bw.newLine(); // 写入换行符（跨平台兼容）}System.out.println("文本复制完成（缓冲字符流）");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

7.4 提升IO性能的总结

1. 使用缓冲流：优先选择BufferedXXX系列，减少物理IO次数；
2. 合理设置缓冲区大小：默认8KB，大文件可适当增大（如1MB）；
3. 使用数组缓冲：读取时用byte[]/char[]，减少循环次数；
4. 减少流的创建次数：避免在循环中创建流对象；
5. 及时关闭流：释放资源，避免占用系统句柄。

8. 其他流：特殊场景的解决方案

8.1 字符输入转换流（InputStreamReader）

作用：将字节输入流转换为字符输入流，并指定字符集（解决文本文件乱码问题）。
场景：读取GBK编码的文本文件（FileReader默认使用系统字符集，可能乱码）。

代码案例：读取GBK编码文件

public class InputStreamReaderDemo {public static void main(String[] args) {try (// 字节流→字符流转换，指定GBK字符集InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new FileInputStream("C:/gbk_file.txt"), "GBK");BufferedReader br = new BufferedReader(isr)) { // 包装为缓冲流提升性能String line;while ((line = br.readLine()) != null) {System.out.println("GBK文件内容：" + line); // 正确解码，无乱码}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

8.2 打印流（PrintStream/PrintWriter）

作用：方便输出各种数据类型（如int、String、对象），自动转换为字符串，无需手动编码。
特点：

• PrintStream：字节流，默认输出到控制台（System.out就是PrintStream）；
• PrintWriter：字符流，可指定字符集，支持写入文件。

代码案例：用PrintWriter写入日志

public class PrintWriterDemo {public static void main(String[] args) {try (PrintWriter pw = new PrintWriter("C:/app.log", StandardCharsets.UTF_8)) {pw.println("===== 系统日志 ====="); // 写入字符串（自动换行）pw.printf("启动时间：%s%n", LocalDateTime.now()); // 格式化输出（%n是跨平台换行符）pw.println("状态：正常运行");pw.flush(); // 立即写入（或使用autoFlush参数）} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

8.3 数据输入输出流（DataInputStream/DataOutputStream）

作用：读写基本数据类型（如int、double、boolean），保持数据类型信息（普通字节流仅读写字节，丢失类型）。
特点：收/发必须对应（写入顺序与读取顺序一致）。

代码案例：写入并读取基本数据类型

public class DataStreamDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {// 写入基本数据类型try (DataOutputStream dos = new DataOutputStream(new FileOutputStream("data.bin"))) {dos.writeInt(2024); // 写入int（4字节）dos.writeDouble(3.14); // 写入double（8字节）dos.writeBoolean(true); // 写入boolean（1字节）}// 读取基本数据类型（顺序必须与写入一致）try (DataInputStream dis = new DataInputStream(new FileInputStream("data.bin"))) {int year = dis.readInt();double pi = dis.readDouble();boolean flag = dis.readBoolean();System.out.println("读取结果：" + year + ", " + pi + ", " + flag); // 结果：2024, 3.14, true}}
}

9. Commons-io框架：简化IO操作

9.1 框架介绍

Commons-io是Apache提供的IO工具类库，封装了Java原生IO的复杂操作，提供简洁API，减少重复代码。
依赖方式：Maven项目添加依赖：

<dependency><groupId>commons-io</groupId><artifactId>commons-io</artifactId><version>2.15.1</version> <!-- 最新版本 -->
</dependency>

手动添加：https://commons.apache.org/proper/commons-io/download_io.cgi下载解压后在项目创建lib目录，导入jar包即可

9.2 常用方法（FileUtils类）

方法名	作用	原生IO实现复杂度
copyFile(File src, File dest)	复制文件	需手动处理流、缓冲
deleteDirectory(File dir)	删除目录（含所有子文件/子目录）	需递归删除
readFileToString(File file, Charset charset)	读取文件内容为字符串	需字符流+缓冲+编码
writeStringToFile(File file, String data, Charset charset)	写入字符串到文件	需字符流+编码
listFiles(File dir, String[] extensions)	按扩展名筛选文件	需遍历+字符串判断

代码案例：用Commons-io复制文件

import org.apache.commons.io.FileUtils;
import java.io.File;
import java.nio.charset.StandardCharsets;public class CommonsIODemo {public static void main(String[] args) {try {File src = new File("C:/source.txt");File dest = new File("D:/dest.txt");// 1. 复制文件（一行代码，无需处理流）FileUtils.copyFile(src, dest);System.out.println("文件复制完成（Commons-io）");// 2. 读取文件内容为字符串（指定UTF-8）String content = FileUtils.readFileToString(src, StandardCharsets.UTF_8);System.out.println("文件内容：" + content);// 3. 写入字符串到文件FileUtils.writeStringToFile(dest, "追加内容", StandardCharsets.UTF_8, true); // true表示追加} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

优势：Commons-io将原生IO的“创建流→缓冲→读写→关闭流”等步骤封装为单方法调用，极大简化代码，减少出错概率。