IO、存储、硬盘、文件系统相关常识

计算机的硬件

处理器(CPU)、存储器(内存)、输入设备(Input Device)、输出设备(Output Device)，后两者就被称为I/O

内存(Memory)又被称为RAM(Random Access Memory)，支持O(1)时间复杂度，根据下标(内存地址)访问的存储

CPU只能和内存做直接的数据交换

Input Device：现实中的物理信号(光信号、电信号、波信号)转换为数字格式，存储在内存中

Output Device：将数字信号转化为物理信号

I/O设备包括：显示器(O)、触屏显示器(I/O)、鼠标(I)、键盘(I)、摄像头(I)、麦克风(I)、扬声器(O)

开发中接触得比较多得是：硬盘(I/O)、网卡(I/O)等

硬盘

既然要提到硬盘，那么存储得概念也必须要知道

从内存往上的称为易失存储，硬盘往下的称为持久存储；

易失存储在断电后会丢失数据，以进程为单位管理；变量、对象本质上的编程语言对硬件中内存(易失存储)的抽象

持久存储断电后一般仍能保存，通常可以跨进程读写

各个存储访问速度的一个直观感受：

硬盘(Hard Disk Drive - HDD)的实现：

磁盘 (利用磁性实现的一种存储方式)，一般就指硬盘或者(机械硬盘)
固态硬盘 (Solid State Disk - SSD)
闪存 (Flash Memory)

磁盘查找文件的步骤：

旋转盘片找到对应的扇区

找到对应的磁道

从磁盘的读取数据的过程中有许多物理操作，因此效率较低

并且磁盘更适合做连续数据的读写，而不适合做随机数据的读写

文件

软件层面认识硬盘中的数据：

硬盘可以分为两部分：「有数据存储的」和「暂时没有数据存储的(可用空间)」

有数据存储部分可以细分为数据1、数据2、数据3

每个数据又被抽象为文件1、文件2、文件3，可以说文件就是对硬盘中数据的抽象概念

因此硬盘数据的读写就是对文件的读写问题

主要由OS + 文件系统(FileSystem) 统一管理文件

我们看到的文件的基本知识：

文件被以树形结构(数据结构学的树，但不是二叉树)进行管理，文件都是树上的一个结点
文件可以大体分成两大类：
- 存储数据的文件 - 普通文件(俗称的文件)
- 管理树性结构组织数据的文件 - 目录/文件夹(directiry 或 dir) - 以/结尾，就代表这个结点是目录，比如C:/
这颗文件树只是逻辑结构，而不是硬盘上的物理结构

无论是目录或者文件都只是树上的一个结点，一个结点可以有多个孩子

对于普通文件：

在Windows OS下，会以后缀名（file suffiex）来标记出这个文件存储的内容是什么内容，比如*.txt - 普通文本
Windows下，我们可以将文件设置为可见或隐藏文件，建议把显示隐藏 + 显示扩展名都勾上

文件分为：目录、文本文件、不是文本的文件（二进制文件）

文本文件比如：*.txt以及*.java等

不是文本的文件比如：*.class和*.png等

路径

关于文件路径（Path）：

根据一个规则，从文件树上确定一个位置，这个位置一定对应到某个结点，但是这个结点可以不存在（路径只对应一个位置，但是该位置可以不存在该文件）

在Windows下，像C:/这种就称为根结点或者更多称为根目录

路径有两种：

绝对路径（absolute path - abs path）：从一棵树的根结点处罚描述的路径，无论“我们”身处何处，总是能够唯一确定一个文件

相对路径（relative path）：从“我们”所在的当前位置出发，描述的路径，“我们”的位置一变，路径就可能失效了

“我们”所在的位置一定是一个目录，而不能处于一个文件上的，首先找到我的父结点（Windows），再去到父亲结点

什么叫“我们”所在的位置：每个进程都有一个当前工作目录（current working directory - cwd），一般一个进程的启动目录，就是当前工作文件

真实中如何去描述路径（重点）：

Windows下，绝对路径例子：D:\课程\2022-06-27-火箭班-IO\板书.png

Mac下，绝对路径例子：/Users/harley/Desktop/code/FileTest/a

C:或者D:或者E:代表的就是根，这个以根开头的路径一定是个绝对路径，\或/一般称为路径分隔符

“我们”身处D:\课程\和/User/harley/Desktop/中：

Windows下，相对路径例子：\课程\2022-06-27-火箭班-IO\板书.png

Mac下，相对路径例子：/Desktop/code/FileTest/a

不是由根开始，所以是相对路径

在代码的字符串中如何表示这个路径

如果这么写：String path = "D:\课程\2022-06-27-火箭班-IO"是错误的

字符串中的反斜杠\表示转义的意思，因此应该写作：String path = "D:\\课程\\2022-06-27-火箭班-IO"

Windows使用\作为路径分隔符，Linux(Unix/XOS)使用/作为路径分隔符，不过Java是跨平台的，所以会自动帮我们处理这个问题，在代码中写\\或者/都可以，方便起见，可以使用/

因此可以这么写：String path = "D:/课程/2022-06-27-火箭班-IO"

路径表示中的两个特殊的符号：.和..

其中.表示在当前位置（目录）不动

其中..表示回到当前位置的父结点（目录）上，如果在根目录下使用该符号是没效果的，根没有双亲

这两个符号一般使用在相对路径中，假设我们还在桌面文件下：/Desktop/./code/../code/FileTest/

关于文件的路径的总结：

路径是树上找到一个结点的位置

路径并不表示文件一定存在

路径分为绝对路径和相对路径

当前位置：进程的当前工作目录

文件路径/或者\\表示路径分隔符，Java下使用哪个都可以

操作文件

普通文件只能是叶子结点，而目录文件既可以是叶子结点也可以是非叶子结点

在文件系统中，以结点为单元进行操作（在代码层面）

文件移动操作（文件重命名、文件剪切 + 粘贴）：结点的移动（重命名 or 移动到其他结点下）

文件复制操作（复制 + 粘贴）：新建结点 + 内容的复制

目录移动操作（目录重命名、目录剪切 + 粘贴）：以该结点为根的一颗子树的移动

目录复制操作：以该结点为根的一颗子树的复制

删除：默认情况下只能删除普通文件或空目录，只能删除结点，不能删除子树

删除非空目录：对整棵树的删除

树的操作，需要转换成结点的操作：以目录的复制为例，遍历（深度 or 广度）整棵树，然后对其中的每个结点进行复制

通过代码操作文件

文件数据 = {元数据 + 内容数据}

与文件属性相关的数据是元数据或者管理数据，文件里的具体内容就是内容数据

接下来的学习中我们只关注元数据本身，暂时不管内容数据

比如对文件系统树的操作，判断是否存在，判断是否为目录，创建，删除，重命名等等

File类常用方法

在Java中通过File对象描述一个文件（结点，结点对应的文件是否存在不一定）

File类的构造方法：

public static void main(String[] args) {// 1. 绝对路径的方式创建// 1.1 直接传入字符串的路径即可File file1 = new File("/Users/harley/Desktop/code/FileTest/a/a.txt");// 1.2 传入父路径 + 子路径File file2 = new File("/Users/harley/Desktop/code/FileTest/b", "b.txt");// 1.3 以File传入 parentFile parent = new File("/Users/harley/Desktop/code/FileTest");File file3 = new File(parent, "c.txt");
}

其他常用的方法：

int compareTo(File pathname)：按字典序比较两个抽象路径名
public boolean createNewFile()：当且仅当此的文件尚不存在时，才以原子方式创建一个以此抽象路径名命名的新的空文件

返回true：创建成功

返回false：创建失败（文件已经存在）

抛出IOException：发生了IO异常（最常见的，是文件应该在的目录现在还不存在）

代码示例：

public static void main(String[] args) throws IOException {File file4 = new File("/Users/harley/Desktop/code/FileTest/d.txt");System.out.println(file4.createNewFile());// trueSystem.out.println(file4.createNewFile());// false
}
// 第一次创建文件的时候成功了，后面因为文件已经存在因此不会再创建文件了

执行后的文件目录：

如果在不存在的目录下创建文件，会发生什么情况：

还有两个文件的创建方法：

public static File createTempFile(String prefix, String suffix)：在默认临时文件目录中创建一个空文件，使用给定的前缀和后缀生成其名称
public static File createTempFile(String prefix, String suffix, File directory) ：在指定目录中创建新的空文件，使用给定的前缀和后缀字符串生成其名称

删除方法：

public boolean delete()：立即删除文件，只有当文件目录是正确的情况下删除成功并返回true，其他情况比如非空目录是无法删除的，回返回false
public void deleteOnExit()：在JVM退出时才真正删除

删除单个文件的代码示例：

public static void main(String[] args) throws IOException {File file1 = new File("/Users/harley/Desktop/code/FileTest/d.txt");// 在d目录下创建一个文本文件 d.txt，然后再删除System.out.println(file1.createNewFile());// trueSystem.out.println(file1.delete());// true
}

如果想要删除非空目录，先采用深度优先遍历，删除这个目录下的所有子孙，让这个目录变成空目录，然后再删除该目录

删除非空目录的代码示例：

public static void main(String[] args) throws IOException {File file = new File("/Users/harley/Desktop/code/FileTest/c/");// 删除c目录下的1目录traversal(file);file.delete();
}private static void traversal(File dir) throws IOException {File[] files = dir.listFiles();// 查看这个目录下得所有孩子for(File file : files) {if(file.isDirectory()) {// 如果这个孩子也是个目录，就继续深度优先遍历System.out.println(file.getCanonicalPath() + "/");traversal(file);// 当深度优先遍历完成时，该目录为空，可删除file.delete();}else {System.out.println(file.getCanonicalPath());// 得到这个文件的一个标准路径(去除一切无意义的.和..)file.delete();}}
}

删除前，我们看看c目录下的所有文件

由于是深度优先遍历所以一旦碰到目录，就先将碰到的目录遍历完再遍历自己目录中剩下的文件

去掉file.delete()的注释，执行代码，删除c目录下所有文件

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