Java之IO(五)文件系统

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1.前言

　　在讲解Java的文件流之前，先来认识一下Java的文件系统的实现。值得一提的是，Java8与Java7相比，对这一块做了一些改动，接下来会进行对比介绍，但主要还是以Java8为主。

1.1 Java7与Java8不同之处概览

　　首先，Java8多了一个DefaultFileSystem，但少了一个Win32FileSystem类，其次两者的抽象父类FileSystem有些许区别。Java7的抽象父类有一个静态native方法，FileSystem getFileSystem();

而Java8没有。在File类文件我们可以看到，Java7获取电脑主机的文件系统就是通过FileSystem.getFileSystem()；而Java8则是通过DefaultFileSystem.getFileSystem();

　　这个WinNTFileSystem是两个版本都有的一个类，但实现不一样，由于Java7存在Win32FileSystem，其WinNTFileSystem类是继承自Win32FileSystem，Java8没有这个类，所以其是直接继承抽象父类FileSystem。从这里我们也可以看出区别了，Java7是通过native方法来选择主机的文件系统实现类实例。但是Java8只有WinNTFileSystem一个实现类，没有Win32FileSystem的，因此就是直接返回一个WinNTFileSystem实例。后面将比较WinNTFileSystem在两个版本的不同之处。

2.WinNTFileSystem

　　FileSystem中定义了许多的抽象方法，具体如下：

　　

　　涉及到文件系统的查询，添加删除都是native方法，具体如下：

private native String getDriveDirectory(int drive);    //获取磁盘目录，A~Z盘符
private native String canonicalize0(String path)
            throws IOException;    // 规范化文件路径
private native String canonicalizeWithPrefix0(String canonicalPrefix,
            String pathWithCanonicalPrefix)
            throws IOException;    // 这个也是规范化，不过其假定之前的路径都是规范的，只需要规范路径最后一个元素

// 一些文件的操作，文件信息的读取，删除创建目录及文件权限等等
public native int getBooleanAttributes(File f);
public native boolean checkAccess(File f, int access);
public native long getLastModifiedTime(File f);
public native long getLength(File f);
public native boolean setPermission(File f, int access, boolean enable,
            boolean owneronly);
public native boolean createFileExclusively(String path)
            throws IOException;
public native String[] list(File f);
public native boolean createDirectory(File f);
public native boolean setLastModifiedTime(File f, long time);
public native boolean setReadOnly(File f);
private native boolean delete0(File f);
private native boolean rename0(File f1, File f2);
private static native int listRoots0();
private native long getSpace0(File f, int t);
private static native void initIDs();

　　Java7与Java8针对于文件的一些操作方法，在WinNTFileSystem大致相同，不过Java7是将其实现在Win32FileSystem类中。虽说是大致相同，但是还是有些许差别。Win32FileSystem获取磁盘使用大小如下：

　　两个版本的WinNTFileSystem的实现却是一样的。

　　这里为什么不需要兼容Win32就不清楚了，或许是在使用时判断过了，或许是native方法getSpace0的实现方法不同了。而除了这个方法，两者的这个WinNTFileSystem都实现都是一样的，Java7的Win32FileSystem就是一个getSpace与WinNTFileSystem，这也难怪移除了这个类，只使用WinNTFileSystem这个类了。

　　由于大部分方法都是些native方法，调用这些方法的方法实现也比较简单，这里就不进行说明了，直接看源码就很明白了。这里简单介绍一下文件路径的处理过程。

　　1.public String canonicalize(String path)；

　　　　(1)判断path长度：

　　　　　　长度为两位，格式是字母:，则返回大写字母:，比如C:

　　　　　　长度为三位，格式是字母:\\，则返回大写字母:\\，如C:\\

　　　　(2)判断设置是否需要缓存路径：

　　　　　　不需要，调用native方法canonicalize0

　　　　　　需要，获取缓存cache，存在就直接返回。不存在：

　　　　　　(a)如果使用缓存的路径前缀，通过parentOrNull获取文件的父路径，没有则为null。如果父路径不为空，取缓存prefixCache，缓存为空，就调用canonicalizeWithPrefix，注意这里放入的缓存是cache，这个结果就是我们需要的整个路径格式化结果。

　　　　　　(b)如果结果还是null,就使用navtive方法的canonicalize0获取格式化路径。放入cache缓存。注意，如果需要缓存前缀，并且a步骤解析的父路径不为空，就重新通过格式化后的路径获取父文件，存在且格式化后的路径也是一个文件存在且不是目录，就将结果存入prefixCache。

　　这个解析过程看过去很麻烦，为什么不直接调用canonicalize0方法。主要是通过使用缓存，可以改进启动的性能。值得注意的是，a步骤和b步骤放入cache中的键值写法是不一样的，但是结果是一致的，cache处理的是相同path的格式化路径，键值就是传入的path，prefixCache处理的是父目录目录的格式化路径，取出来的是父目录的格式化路径，确保与native算法canonicalize_md.c中的结果一致，进行了相应的转换处理，所以源码看过去有些繁琐。

3.File

　　File类有四种构造方法：

　　不管是哪种方式，最终都是要初始化两个参数：

　　下面这些文件方式，都是使用了FileSystem的与路径处理相关的方法：

　　而剩下的所有方法，都与FileSystem的native方法相关了，没有太多介绍的必要。唯一有点意思的就是deleteOnExit()方法，其实现与DeleteOnExitHook类相关，这个类最后会介绍。

4.其它相关类

4.1 ExpiringCache

　　第2节讲到过获取路径的标准字符串时使用到了缓存，这个缓存就是ExpiringCache类，这是一个带时效的缓存，实现关键就在于初始化的时候需要给一个超时时间

　　其保存的不只是键值，值是一个Entry，有额外的保存时间字段

　　在保存的时候会加上保存时间戳，获取的时候会比较一下当前时间是否超时。超时就清除返回null，否则就返回所需要的值。

4.2DeleteOnExitHook

　　File类的deleteOnExit()方法就是使用了这个类。实际上开源框架dubbo的停机也使用了其中的机制。Java目前在JVM关闭的时候提供了一个钩子（hook），这个允许你在JVM关闭的时候执行一些代码，这个类就是在关闭的时候执行删除需要删除的文件。一般是通过Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread())进行的。DeleteOnExitHook是使用了一个sun.misc.SharedSecrets类来完成的，原理应该一样的。hook在以下情况会生效：

　　1.程序运行完成退出

　　2.使用System.exit()方法退出

　　3.终端运行时使用ctrl+c中止程序

　　4.系统关闭

　　5.OutOfMemory造成宕机

　　6.kill pid命令杀死进程（kill -9 pid不行）