Java8 File / FileSystem（一） 源码解析

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1、separator / pathSeparatorChar

 2、构造方法

 3、isAbsolute / getAbsolutePath / getCanonicalPath 

4、exists / isDirectory / isFile / isHidden / lastModified / length

5、createNewFile / createTempFile / delete / deleteOnExit

6、mkdir / mkdirs

7、list / listFiles / listRoots

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     File表示文件系统中的一个文件，提供了文件操作的相关API，其底层实现都是通过FileSystem实现的。FileSystem表示底层操作系统的一个文件系统，windows下的实现是WinNTFileSystem，类Unix系统下的实现是UnixFileSystem，我们重点关注后者的实现细节。

1、separator / pathSeparatorChar

    这两个是File类的public static属性，分别表示路径分隔符和多个路径字符串的分隔符，其定义如下：

//路径分隔符,对应系统属性file.separator
public static final String separator = "" + separatorChar;

public static final char separatorChar = fs.getSeparator();

//多个路径字符串的分隔符，对应系统属性path.separator
public static final String pathSeparator = "" + pathSeparatorChar;

public static final char pathSeparatorChar = fs.getPathSeparator();

//fs表示文件系统的实现
private static final FileSystem fs = DefaultFileSystem.getFileSystem();


//slash和colon都是UnixFileSystem的私有属性，在构造方法中完成初始化
public char getSeparator() {
        return slash;
}

public char getPathSeparator() {
        return colon;
    }

public UnixFileSystem() {
        //读取对应的系统属性
        slash = AccessController.doPrivileged(
            new GetPropertyAction("file.separator")).charAt(0);
        colon = AccessController.doPrivileged(
            new GetPropertyAction("path.separator")).charAt(0);
        javaHome = AccessController.doPrivileged(
            new GetPropertyAction("java.home"));
    }

 window下DefaultFileSystem的实现如下：

类Unix下DefaultFileSystem的实现如下，其源码在jdk\src\solaris\classes\java\io目录下：

测试用例如下：

import java.io.File;

public class FileTest {

    public static void main(String[] args) {
        //windows下文件路径
//        File file=new File("D:\\export\\data\\test.txt");
        //Linux下的文件路径
        File file=new File("/export/data/test.txt");
        System.out.println(file.getName());
        System.out.println("separator->"+File.separator);
        System.out.println("pathSeparator->"+File.pathSeparator);

}

window下输出如下：

Linux下输出如下：

 2、构造方法

public File(String pathname) {
        if (pathname == null) {
            throw new NullPointerException();
        }
        //将文件路径转换成正常格式
        this.path = fs.normalize(pathname);
        //获取路径前缀的长度，Linux下如果以/开始则prefixLength是1，否则是0，
        //windows下需要计算包含前面盘符在内的前缀的长度
        this.prefixLength = fs.prefixLength(this.path);
    }

public File(String parent, String child) {
        if (child == null) {
            throw new NullPointerException();
        }
        if (parent != null) {
            if (parent.equals("")) {
                //父路径为空，则使用默认的父路径，Linux下是/
                //resolve返回该父路径下某个子路径的真实路径
                this.path = fs.resolve(fs.getDefaultParent(),
                                       fs.normalize(child));
            } else {
                this.path = fs.resolve(fs.normalize(parent),
                                       fs.normalize(child));
            }
        } else {
            this.path = fs.normalize(child);
        }
        this.prefixLength = fs.prefixLength(this.path);
    }

public File(File parent, String child) {
        if (child == null) {
            throw new NullPointerException();
        }
        if (parent != null) {
            //逻辑同上
            if (parent.path.equals("")) {
                this.path = fs.resolve(fs.getDefaultParent(),
                                       fs.normalize(child));
            } else {
                this.path = fs.resolve(parent.path,
                                       fs.normalize(child));
            }
        } else {
            this.path = fs.normalize(child);
        }
        this.prefixLength = fs.prefixLength(this.path);
    }

public File(URI uri) {

        //检查uri是否符合file类uri 规范
        if (!uri.isAbsolute())
            throw new IllegalArgumentException("URI is not absolute");
        if (uri.isOpaque())
            throw new IllegalArgumentException("URI is not hierarchical");
        String scheme = uri.getScheme();
        if ((scheme == null) || !scheme.equalsIgnoreCase("file"))
            throw new IllegalArgumentException("URI scheme is not \"file\"");
        if (uri.getAuthority() != null)
            throw new IllegalArgumentException("URI has an authority component");
        if (uri.getFragment() != null)
            throw new IllegalArgumentException("URI has a fragment component");
        if (uri.getQuery() != null)
            throw new IllegalArgumentException("URI has a query component");
        String p = uri.getPath();
        if (p.equals(""))
            throw new IllegalArgumentException("URI path component is empty");

        //计算路径
        p = fs.fromURIPath(p);
        if (File.separatorChar != '/')
            p = p.replace('/', File.separatorChar);
        this.path = fs.normalize(p);
        this.prefixLength = fs.prefixLength(this.path);
    }

//去掉路径中多余的/
public String normalize(String pathname) {
        int n = pathname.length();
        char prevChar = 0;
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            char c = pathname.charAt(i);
            if ((prevChar == '/') && (c == '/')) 
                //如果是连续两个//
                return normalize(pathname, n, i - 1);
            prevChar = c;
        }
        //如果最后一个字符是/
        if (prevChar == '/') return normalize(pathname, n, n - 1);
        return pathname;
    }

//计算路径中前缀字符串的长度
public int prefixLength(String pathname) {
        if (pathname.length() == 0) return 0;
        //如果以/开头则返回1，否则返回0
        return (pathname.charAt(0) == '/') ? 1 : 0;
    }

//计算某个父路径下子路径的完整路径
public String resolve(String parent, String child) {
        //child是空，则直接返回parent
        if (child.equals("")) return parent;
        if (child.charAt(0) == '/') {
            //parent是/
            if (parent.equals("/")) return child;
            return parent + child;
        }
        if (parent.equals("/")) return parent + child;
        return parent + '/' + child;
    }

//去掉路径中多余的/
private String normalize(String pathname, int len, int off) {
        if (len == 0) return pathname;
        int n = len;
        //倒着遍历，找到第一个不是/的字符
        while ((n > 0) && (pathname.charAt(n - 1) == '/')) n--;
        if (n == 0) return "/";
        StringBuffer sb = new StringBuffer(pathname.length());
        //截取0到off之间的字符串
        if (off > 0) sb.append(pathname.substring(0, off));
        char prevChar = 0;
        //遍历off到n之间的字符
        for (int i = off; i < n; i++) {
            char c = pathname.charAt(i);
            //如果是连续多个/则跳过后面的/
            if ((prevChar == '/') && (c == '/')) continue;
            sb.append(c);
            prevChar = c;
        }
        return sb.toString();
    }

public String fromURIPath(String path) {
        String p = path;
        //去掉末尾多余的/
        if (p.endsWith("/") && (p.length() > 1)) {
            // "/foo/" --> "/foo", but "/" --> "/"
            p = p.substring(0, p.length() - 1);
        }
        return p;
    }

其中涉及URI的校验，需要理解URI的格式规范，如下图：

测试用例如下：

import java.io.File;
import java.net.URI;

public class FileTest {

    public static void main(String[] args) {
        File file=new File("//export//data///test.txt/");
        System.out.println("exist->"+file.exists()+",path->"+file.getPath());
        file=new File("//export/data","/test.txt/");
        System.out.println("exist->"+file.exists()+",path->"+file.getPath());
        file=new File(new File("//export/data///"),"test.txt/");
        System.out.println("exist->"+file.exists()+",path->"+file.getPath());
        //冒号后面不能带两个//，会被认为是URI中带有登录用户名等权限信息，校验失败
        file=new File(URI.create("file:/export///data//test.txt//"));
        System.out.println("exist->"+file.exists()+",path->"+file.getPath());
    }
}

 输出如下：

 3、isAbsolute / getAbsolutePath / getCanonicalPath 

       isAbsolute判断当前文件的路径是否绝对路径，getAbsolutePath获取绝对路径，如果不是绝对路径则获取在user.dir下的绝对路径；getCanonicalPath 获取当前文件路径的规范化标准化的路径，会替换掉路径中包含的./ 和 ../，其实现如下：

//是否绝对路径
public boolean isAbsolute() {
        return fs.isAbsolute(this);
    }

//获取当前文件的绝对路径
public String getAbsolutePath() {
        return fs.resolve(this);
    }

//获取当前文件路径的规范路径，会处理掉路径中的./或者../
public String getCanonicalPath() throws IOException {
        if (isInvalid()) {
            throw new IOException("Invalid file path");
        }
        return fs.canonicalize(fs.resolve(this));
    }

final boolean isInvalid() {
        if (status == null) {
            //如果路径中包含空字符则认为是无效路径
            status = (this.path.indexOf('\u0000') < 0) ? PathStatus.CHECKED
                                                       : PathStatus.INVALID;
        }
        return status == PathStatus.INVALID;
    }

//UnixFileSystem的实现
//是否绝对路径
public boolean isAbsolute(File f) {
        return (f.getPrefixLength() != 0);
    }

//获取绝对路径
public String resolve(File f) {
        if (isAbsolute(f)) return f.getPath();
        //如果不是绝对路径，则获取在user.dir下的绝对路径
        return resolve(System.getProperty("user.dir"), f.getPath());
    }

public String canonicalize(String path) throws IOException {
        //父类FileSystem的静态属性，默认为true，通过属性sun.io.useCanonCaches配置
        if (!useCanonCaches) {
            //是本地方法
            return canonicalize0(path);
        } else {
            //cache是ExpiringCache实例，一个支持缓存key自动过期的Map
            String res = cache.get(path);
            if (res == null) {
                String dir = null;
                String resDir = null;
                //父类FileSystem的静态属性，默认为true，通过属性sun.io.useCanonPrefixCache配置
                if (useCanonPrefixCache) {
                    // Note that this can cause symlinks that should
                    // be resolved to a destination directory to be
                    // resolved to the directory they're contained in
                    dir = parentOrNull(path);
                    if (dir != null) {
                        //javaHomePrefixCache也是ExpiringCache实例
                        resDir = javaHomePrefixCache.get(dir);
                        if (resDir != null) {
                            // Hit only in prefix cache; full path is canonical
                            String filename = path.substring(1 + dir.length());
                            res = resDir + slash + filename;
                            //将解析结果添加到缓存中
                            cache.put(dir + slash + filename, res);
                        }
                    }
                }
                if (res == null) {
                    res = canonicalize0(path);
                    cache.put(path, res);
                    //javaHome是系统属性java.home的值
                    if (useCanonPrefixCache &&
                        dir != null && dir.startsWith(javaHome)) {
                        resDir = parentOrNull(res);
                        // Note that we don't allow a resolved symlink
                        // to elsewhere in java.home to pollute the
                        // prefix cache (java.home prefix cache could
                        // just as easily be a set at this point)
                        if (resDir != null && resDir.equals(dir)) {
                            File f = new File(res);
                            if (f.exists() && !f.isDirectory()) {
                                javaHomePrefixCache.put(dir, resDir);
                            }
                        }
                    }
                }//第二个res等于null
            }//第一个res等于null
            return res;
        }
    }

//获取path的父路径，尽可能避免canonicalize0方法中抛出异常
static String parentOrNull(String path) {
        if (path == null) return null;
        char sep = File.separatorChar;
        int last = path.length() - 1;
        int idx = last;
        //连续的.字符的个数
        int adjacentDots = 0;
        //不是.和分隔符的字符的个数
        int nonDotCount = 0;
        //从最后一个字符开始往前遍历
        while (idx > 0) {
            char c = path.charAt(idx);
            if (c == '.') {
                if (++adjacentDots >= 2) {
                    //路径中包含..
                    return null;
                }
            } else if (c == sep) {
                if (adjacentDots == 1 && nonDotCount == 0) {
                    //路径中包含/.
                    return null;
                }
                if (idx == 0 ||
                    idx >= last - 1 ||
                    path.charAt(idx - 1) == sep) {
                    //第一个字符或者倒数的两个字符包含/，或者连续两个//
                    return null;
                }
                return path.substring(0, idx);
            } else {
                //不是.和分隔符，计数加1
                ++nonDotCount;
                adjacentDots = 0;
            }
            //遍历下一个字符
            --idx;
        }
        return null;
    }

其中父类FileSystem的useCanonCaches和useCanonPrefixCache属性定义如下：

canonicalize0本地方法的实现在jdk\src\solaris\native\java\io\UnixFileSystem_md.c中，如下图：

canonicalize C方法的实现在同目录下的canonicalize_md.c中，可以自行参考，其中的核心就是对路径做规范化标准化处理的C  realpath函数。测试用例如下：

@Test
    public void test() throws Exception {
        //绝对路径
        File file=new File("D:\\code\\test.txt");
        System.out.println("isAbsolute:"+file.isAbsolute());
        System.out.println("getAbsolutePath:"+file.getAbsolutePath());
    }

    @Test
    public void test2() throws Exception {
        //相对路径
        File file=new File("../test.txt");
        System.out.println("isAbsolute:"+file.isAbsolute());
        System.out.println("getAbsolutePath:"+file.getAbsolutePath());
        System.out.println("user.dir:"+System.getProperty("user.dir"));
        System.out.println("getCanonicalPath:"+file.getCanonicalPath());
    }

其中第二个测试用例输出如下：

4、exists / isDirectory / isFile / isHidden / lastModified / length

     这几个方法都是获取文件属性，判断文件是否存在，文件类型，是否隐藏，最后一次修改时间和文件的大小，其实现如下：

 public boolean exists() {
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (security != null) {
            security.checkRead(path);
        }
        if (isInvalid()) {
            return false;
        }
        return ((fs.getBooleanAttributes(this) & FileSystem.BA_EXISTS) != 0);
    }

public boolean isDirectory() {
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (security != null) {
            security.checkRead(path);
        }
        if (isInvalid()) {
            return false;
        }
        return ((fs.getBooleanAttributes(this) & FileSystem.BA_DIRECTORY)
                != 0);
    }

public boolean isFile() {
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (security != null) {
            security.checkRead(path);
        }
        if (isInvalid()) {
            return false;
        }
        return ((fs.getBooleanAttributes(this) & FileSystem.BA_REGULAR) != 0);
    }

public boolean isHidden() {
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (security != null) {
            security.checkRead(path);
        }
        if (isInvalid()) {
            return false;
        }
        return ((fs.getBooleanAttributes(this) & FileSystem.BA_HIDDEN) != 0);
    }

public long lastModified() {
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (security != null) {
            security.checkRead(path);
        }
        if (isInvalid()) {
            return 0L;
        }
        //本地方法实现
        return fs.getLastModifiedTime(this);
    }

//获取文件的字节数，如果不存在则返回0
public long length() {
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (security != null) {
            security.checkRead(path);
        }
        if (isInvalid()) {
            return 0L;
        }
        //本地方法实现
        return fs.getLength(this);
    }

//UnixFileSystem的实现
public int getBooleanAttributes(File f) {
        //本地方法实现
        int rv = getBooleanAttributes0(f);
        String name = f.getName();
        // 以. 开头的文件认为是隐藏文件
        boolean hidden = (name.length() > 0) && (name.charAt(0) == '.');
        return rv | (hidden ? BA_HIDDEN : 0);
    }

其中涉及的FileSystem的几个常量的定义如下：

其中涉及的本地方法的实现都在UnixFileSystem_md.c中，其核心是获取文件属性的stat64函数，如下：

JNIEXPORT jint JNICALL
Java_java_io_UnixFileSystem_getBooleanAttributes0(JNIEnv *env, jobject this,
                                                  jobject file)
{
    jint rv = 0;

    WITH_FIELD_PLATFORM_STRING(env, file, ids.path, path) {
        int mode;
        if (statMode(path, &mode)) { //返回true表示文件存在
            int fmt = mode & S_IFMT;
            //stat的结果转换
            rv = (jint) (java_io_FileSystem_BA_EXISTS
                  | ((fmt == S_IFREG) ? java_io_FileSystem_BA_REGULAR : 0) //如果是文件
                  | ((fmt == S_IFDIR) ? java_io_FileSystem_BA_DIRECTORY : 0)); //如果是文件夹
        }
    } END_PLATFORM_STRING(env, path);
    return rv;
}

JNIEXPORT jlong JNICALL
Java_java_io_UnixFileSystem_getLastModifiedTime(JNIEnv *env, jobject this,
                                                jobject file)
{
    jlong rv = 0;

    WITH_FIELD_PLATFORM_STRING(env, file, ids.path, path) {
        struct stat64 sb;
        if (stat64(path, &sb) == 0) {
            rv = 1000 * (jlong)sb.st_mtime;
        }
    } END_PLATFORM_STRING(env, path);
    return rv;
}


JNIEXPORT jlong JNICALL
Java_java_io_UnixFileSystem_getLength(JNIEnv *env, jobject this,
                                      jobject file)
{
    jlong rv = 0;

    WITH_FIELD_PLATFORM_STRING(env, file, ids.path, path) {
        struct stat64 sb;
        if (stat64(path, &sb) == 0) {
            rv = sb.st_size;
        }
    } END_PLATFORM_STRING(env, path);
    return rv;
}

static jboolean
statMode(const char *path, int *mode)
{
    struct stat64 sb;
    //stat64是标准C函数，用于获取文件属性，ls命令的底层实现就是该函数
    if (stat64(path, &sb) == 0) {
        *mode = sb.st_mode;
        return JNI_TRUE;
    }
    return JNI_FALSE;
}

5、createNewFile / createTempFile / delete / deleteOnExit

      createNewFile会创建一个新文件，如果当前File对象对应的文件不存在的话，如果存在则返回false。createTempFile会创建一个在指定目录下的临时文件，临时文件的文件名是通过prefix、随机数、suffix生成，返回的File对应的文件肯定是原来不存在的，注意createTempFile本身并不删除临时文件，需要程序显示调用delete方法删除或者放在操作系统临时目录下，由操作系统负责删除。delete和deleteOnExit都是用于删除文件，区别在于前者是立即删除，后者是在JVM退出时通过回调钩子方法执行的删除，实际的删除动作还是delete方法完成的。

//如果目标路径的文件不存在则创建一个新的
public boolean createNewFile() throws IOException {
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (security != null) security.checkWrite(path);
        if (isInvalid()) {
            throw new IOException("Invalid file path");
        }
        //是一个本地方法
        return fs.createFileExclusively(path);
    }

//在指定目录下创建一个临时文件，文件名由prefix 和 suffix指定，不宜过长，如果超长会被自动截断
//如果suffix为null，则默认为.tmp，如果directory为null，则默认在系统的临时目录下创建文件，Unix下是/tmp或者/var/tmp
public static File createTempFile(String prefix, String suffix,
                                      File directory)
        throws IOException
    {
        if (prefix.length() < 3) //前缀不小于3
            throw new IllegalArgumentException("Prefix string too short");
        if (suffix == null)
            suffix = ".tmp"; //后缀默认为.tmp
        
        //文件路径默认为系统的临时文件夹目录
        File tmpdir = (directory != null) ? directory
                                          : TempDirectory.location();
        SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
        File f;
        do {
            //生成一个随机文件名的File对象，此时未实际创建文件
            f = TempDirectory.generateFile(prefix, suffix, tmpdir);

            if (sm != null) {
                try {
                    //检查访问权限
                    sm.checkWrite(f.getPath());
                } catch (SecurityException se) {
                    // don't reveal temporary directory location
                    if (directory == null)
                        throw new SecurityException("Unable to create temporary file");
                    throw se;
                }
            }
            //检查文件是否存在，如果存在则继续生成一个新文件名的文件
        } while ((fs.getBooleanAttributes(f) & FileSystem.BA_EXISTS) != 0);

        if (!fs.createFileExclusively(f.getPath())) //如果创建文件失败，则抛出异常
            throw new IOException("Unable to create temporary file");

        return f;
    }

public static File createTempFile(String prefix, String suffix)
        throws IOException
    {
        return createTempFile(prefix, suffix, null);
    }


public boolean delete() {
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (security != null) {
            security.checkDelete(path);
        }
        if (isInvalid()) {
            return false;
        }
        return fs.delete(this);
    }

public void deleteOnExit() {
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (security != null) {
            security.checkDelete(path);
        }
        if (isInvalid()) {
            return;
        }
        //在JVM退出时执行删除
        DeleteOnExitHook.add(path);
    }

//File的静态内部类
private static class TempDirectory {
        private TempDirectory() { }

        //获取临时文件夹路径
        private static final File tmpdir = new File(AccessController
            .doPrivileged(new GetPropertyAction("java.io.tmpdir")));

        //返回系统临时文件夹路径    
        static File location() {
            return tmpdir;
        }

        //使用SecureRandom而非Random生成随机数，可避免因为种子问题导致生成的随机数序列一致的问题
        private static final SecureRandom random = new SecureRandom();
        //在指定目录下生成一个临时文件
        static File generateFile(String prefix, String suffix, File dir)
            throws IOException
        {
            long n = random.nextLong();
            if (n == Long.MIN_VALUE) {
                n = 0;      // corner case
            } else {
                n = Math.abs(n);
            }

            //获取前缀，这里通过File的构造方法去掉了prefix中可能的多余的/
            prefix = (new File(prefix)).getName();
                
            //生成随机的文件名
            String name = prefix + Long.toString(n) + suffix;
            File f = new File(dir, name);
            //如果name中包含多余的字符或者是非法路径则抛出异常
            if (!name.equals(f.getName()) || f.isInvalid()) {
                if (System.getSecurityManager() != null)
                    throw new IOException("Unable to create temporary file");
                else
                    throw new IOException("Unable to create temporary file, " + f);
            }
            return f;
        }
    }

//UnixFileSystem实现
public boolean delete(File f) {
        //清空路径解析的缓存
        cache.clear();
        javaHomePrefixCache.clear();
        //本地方法实现
        return delete0(f);
    }

其中涉及的本地方法的实现都在UnixFileSystem_md.c中，其核心是负责打开和创建文件的open64函数和删除文件的remove函数，如下：

JNIEXPORT jboolean JNICALL
Java_java_io_UnixFileSystem_createFileExclusively(JNIEnv *env, jclass cls,
                                                  jstring pathname)
{
    jboolean rv = JNI_FALSE;

    WITH_PLATFORM_STRING(env, pathname, path) {
        FD fd;
        /* The root directory always exists */
        if (strcmp (path, "/")) {
            //O_CREAT下如果文件不存在则创建
            fd = handleOpen(path, O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL, 0666);
            if (fd < 0) {
                if (errno != EEXIST) //如果不是因为文件已存在导致的失败，则抛出异常
                    JNU_ThrowIOExceptionWithLastError(env, path);
            } else {
                if (close(fd) == -1) //关闭fd失败，抛出异常
                    JNU_ThrowIOExceptionWithLastError(env, path);
                rv = JNI_TRUE;
            }
        }
    } END_PLATFORM_STRING(env, path);
    return rv;
}


JNIEXPORT jboolean JNICALL
Java_java_io_UnixFileSystem_delete0(JNIEnv *env, jobject this,
                                    jobject file)
{
    jboolean rv = JNI_FALSE;

    WITH_FIELD_PLATFORM_STRING(env, file, ids.path, path) {
        //remove是C函数，用于移除文件
        if (remove(path) == 0) {//移除成功，返回true
            rv = JNI_TRUE;
        }
    } END_PLATFORM_STRING(env, path);
    return rv;
}

FD
handleOpen(const char *path, int oflag, int mode) {
    FD fd;
    //open64是一个C函数，用于打开文件，根据oflag不同会有不同的行为
    RESTARTABLE(open64(path, oflag, mode), fd);
    if (fd != -1) {
        //open64执行成功
        struct stat64 buf64;
        int result;
        //fstat64是C函数，获取文件属性
        RESTARTABLE(fstat64(fd, &buf64), result);
        if (result != -1) {
            if (S_ISDIR(buf64.st_mode)) {
                //如果目录文件存在且是文件夹
                close(fd);
                errno = EISDIR;
                fd = -1;
            }
        } else {
            //执行fstat64异常
            close(fd);
            fd = -1;
        }
    }
    return fd;
}

测试用例如下：

 @Test
    public void test3() throws Exception {
        File file=new File("D:\\code\\test2.txt");
        System.out.println("exist->"+file.exists());
        System.out.println("createNewFile->"+file.createNewFile());
        System.out.println("exist after create->"+file.exists());
        System.out.println("createNewFile two->"+file.createNewFile());
        System.out.println("delete ->"+file.delete());
        System.out.println("delete two->"+file.delete());
    }

    @Test
    public void test4() throws Exception {
        for(int i=0;i<5;i++) {
            //后缀默认是.tmp，文件路径默认是系统的临时目录
            File file = File.createTempFile("tst", null);
            System.out.println("exists->" + file.exists() + ",path->" + file.getPath());
        }
    }

6、mkdir / mkdirs

      mkdir用于创建一个文件夹，mkdirs用于创建从父目录到当前目录的多个文件夹，如果创建失败则返回false，如果创建成功或者本身已经存在则返回true，其实现如下：

//创建文件夹，如果创建失败则返回false
public boolean mkdir() {
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (security != null) {
            security.checkWrite(path);
        }
        if (isInvalid()) {
            return false;
        }
        //本地方法实现
        return fs.createDirectory(this);
    }

//创建多个文件夹，如果创建失败则返回false
 public boolean mkdirs() {
        if (exists()) { //文件已存在
            return false;
        }
        if (mkdir()) { //直接创建文件夹失败
            return true;
        }
        File canonFile = null;
        try {
            //获取标准化路径对应的文件
            canonFile = getCanonicalFile();
        } catch (IOException e) {
            return false;
        }
        //获取父文件夹对应的File
        File parent = canonFile.getParentFile();
        //parent不为空，则调用其mkdirs，此处实际是一个递归
        return (parent != null && (parent.mkdirs() || parent.exists()) &&
                canonFile.mkdir());
    }

public File getCanonicalFile() throws IOException {
        String canonPath = getCanonicalPath();
        return new File(canonPath, fs.prefixLength(canonPath));
    }

其中createDirectory本地方法的实现在UnixFileSystem_md.c中，其核心是mkdir函数，如下：

JNIEXPORT jboolean JNICALL
Java_java_io_UnixFileSystem_createDirectory(JNIEnv *env, jobject this,
                                            jobject file)
{
    jboolean rv = JNI_FALSE;
    WITH_FIELD_PLATFORM_STRING(env, file, ids.path, path) {
        //0777表示创建的文件是所有用户都可读可写可执行的
        if (mkdir(path, 0777) == 0) {
            rv = JNI_TRUE;
        }
    } END_PLATFORM_STRING(env, path);
    return rv;
}

7、list / listFiles / listRoots

      list和listFiles都是获取当前File下的子文件或者子目录，区别在于前者返回文件名，后者返回文件名对应的File对象，可以添加FilenameFilter 或者FileFilter 实现过滤掉不满足条件的文件。listRoots返回根目录对应的File，Unix下返回 / 对应的File对象，Windows下返回所有磁盘分区对应的File对象。

 public String[] list() {
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (security != null) {
            security.checkRead(path);
        }
        if (isInvalid()) { //路径无效，返回null
            return null;
        }
        //本地方法
        return fs.list(this);
    }

public String[] list(FilenameFilter filter) {
        String names[] = list();
        if ((names == null) || (filter == null)) {
            return names;
        }
        List<String> v = new ArrayList<>();
        for (int i = 0 ; i < names.length ; i++) {
            //执行过滤逻辑
            if (filter.accept(this, names[i])) {
                v.add(names[i]);
            }
        }
        return v.toArray(new String[v.size()]);
    }

public File[] listFiles() {
        String[] ss = list();
        if (ss == null) return null;
        int n = ss.length;
        File[] fs = new File[n];
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            //将list方法文件的文件名转换成File对象
            fs[i] = new File(ss[i], this);
        }
        return fs;
    }

public File[] listFiles(FilenameFilter filter) {
        String ss[] = list();
        if (ss == null) return null;
        ArrayList<File> files = new ArrayList<>();
        for (String s : ss)
            //执行过滤逻辑，将文件名转换成File对象
            if ((filter == null) || filter.accept(this, s))
                files.add(new File(s, this));
        return files.toArray(new File[files.size()]);
    }

public File[] listFiles(FileFilter filter) {
        String ss[] = list();
        if (ss == null) return null;
        ArrayList<File> files = new ArrayList<>();
        for (String s : ss) {
            File f = new File(s, this);
            //执行过滤逻辑，将文件名转换成File对象
            if ((filter == null) || filter.accept(f))
                files.add(f);
        }
        return files.toArray(new File[files.size()]);
    }

public static File[] listRoots() {
        return fs.listRoots();
    }

//UnixFileSystem的实现
public File[] listRoots() {
        try {
            SecurityManager security = System.getSecurityManager();
            if (security != null) {
                security.checkRead("/");
            }
            return new File[] { new File("/") };
        } catch (SecurityException x) {
            return new File[0];
        }
    }

其中list本地方法的实现在 UnixFileSystem_md.c中，其核心是打开目录文件的opendir函数，负责逐一读取目录下子目录或者子文件的readdir64_r函数以及关闭目录对象Dir的closedir函数，如下：

JNIEXPORT jobjectArray JNICALL
Java_java_io_UnixFileSystem_list(JNIEnv *env, jobject this,
                                 jobject file)
{
    DIR *dir = NULL;
    struct dirent64 *ptr;
    struct dirent64 *result;
    int len, maxlen;
    jobjectArray rv, old;
    jclass str_class;
    
    //获取String对应的Class
    str_class = JNU_ClassString(env);
    CHECK_NULL_RETURN(str_class, NULL);

    WITH_FIELD_PLATFORM_STRING(env, file, ids.path, path) {
        //opendir是C函数，打开某个文件目录
        dir = opendir(path);
    } END_PLATFORM_STRING(env, path);
    //目录不存在，返回null
    if (dir == NULL) return NULL;
    
    //创建一个dirent64数组
    ptr = malloc(sizeof(struct dirent64) + (PATH_MAX + 1));
    if (ptr == NULL) {
        //内存不足，抛出异常
        JNU_ThrowOutOfMemoryError(env, "heap allocation failed");
        //closedir是C函数，关闭目录
        closedir(dir);
        return NULL;
    }

    /* Allocate an initial String array */
    len = 0;
    maxlen = 16;
    //创建一个初始长度为16的String数组
    rv = (*env)->NewObjectArray(env, maxlen, str_class, NULL);
    //创建失败，跳转到goto
    if (rv == NULL) goto error;

    /* Scan the directory */
    //readdir64_r是C函数，用于读取下一个目录，读取的结果放到ptr数组中
    while ((readdir64_r(dir, ptr, &result) == 0)  && (result != NULL)) {
        jstring name;
        if (!strcmp(ptr->d_name, ".") || !strcmp(ptr->d_name, "..")) //跳过. 和 ..
            continue;
        if (len == maxlen) {
            //数组满了，执行扩容
            old = rv;
            //创建一个扩容一倍的数组
            rv = (*env)->NewObjectArray(env, maxlen <<= 1, str_class, NULL);
            if (rv == NULL) goto error;
            //数组拷贝
            if (JNU_CopyObjectArray(env, rv, old, len) < 0) goto error;
            //删除本地引用old
            (*env)->DeleteLocalRef(env, old);
        }
        //创建Java字符串，d_name表示文件名
        name = JNU_NewStringPlatform(env, ptr->d_name);

        if (name == NULL) goto error;
        //保存到Java数组中，len加1，并删除本地引用
        (*env)->SetObjectArrayElement(env, rv, len++, name);
        (*env)->DeleteLocalRef(env, name);
    }
    //关闭目录，释放内存
    closedir(dir);
    free(ptr);

    /* 根据实际的结果大小，重新创建一个String数组 */
    old = rv;
    rv = (*env)->NewObjectArray(env, len, str_class, NULL);
    if (rv == NULL) {
        return NULL;
    }
    //数组拷贝
    if (JNU_CopyObjectArray(env, rv, old, len) < 0) {
        return NULL;
    }
    return rv;

 error:
    closedir(dir);
    free(ptr);
    return NULL;
}

 测试用例如下：

   @Test
 public void test5() throws Exception {
        File file=new File("D:\\code");
        System.out.println(Arrays.toString(file.list()));
        System.out.println(Arrays.toString(file.list(new FilenameFilter() {
            @Override
            public boolean accept(File dir, String name) {
                System.out.println("FilenameFilter dir->"+dir+",name->"+name);
                return name.contains("priv");
            }
        })));
        System.out.println(Arrays.toString(file.listFiles(new FileFilter() {
            @Override
            public boolean accept(File pathname) {
                System.out.println("FileFilter file->"+pathname.getPath());
                return pathname.getPath().contains("pub");
            }
        })));
    }

 结果如下：