JDK不同操作系统的FileSystem（Windows）下篇-白红宇

前言

我们知道不同的操作系统有各自的文件系统，这些文件系统又存在很多差异，而Java 因为是跨平台的，所以它必须要统一处理这些不同平台文件系统之间的差异，才能往上提供统一的入口。

关于FileSystem类

JDK 里面抽象出了一个 FileSystem 来表示文件系统，不同的操作系统通过继承该类实现各自的文件系统，比如 Windows NT/2000 操作系统则为 WinNTFileSystem，而 unix-like 操作系统为 UnixFileSystem。

需要注意的一点是，WinNTFileSystem类和 UnixFileSystem类并不是在同一个 JDK 里面，也就是说它们是分开的，你只能在 Windows 版本的 JDK 中找到 WinNTFileSystem，而在 Linux 版本的 JDK 中找到 UnixFileSystem，同样地，其他操作系统也有自己的文件系统实现类。

这里分成两个系列分析 JDK 对两种（Windows 和Linux）操作系统的文件系统的实现类，先讲 Windows操作系统，对应为 WinNTFileSystem 类。由于篇幅较长，《JDK不同操作系统的FileSystem（Windows）》分为上中下篇，此为下篇。

继承结构

--java.lang.Object  --java.io.FileSystem    --java.io.WinNTFileSystem复制代码

createFileExclusively方法

该方法用于创建文件，本地方法逻辑是，

将路径转成宽字符形式。

判断路径是否为系统保留设备名。

调用 CreateFileW 函数创建文件，使用了 CREATE_NEW 模式，仅仅在不存在该文件时才创建。

如果已经存在该文件，尽量不抛出异常，而是返回 false，此过程还会尝试读取该文件的属性，失败则抛IO异常。

public native boolean createFileExclusively(String path)            throws IOException;JNIEXPORT jboolean JNICALLJava_java_io_WinNTFileSystem_createFileExclusively(JNIEnv *env, jclass cls,                                                   jstring path){    HANDLE h = NULL;    WCHAR *pathbuf = pathToNTPath(env, path, JNI_FALSE);    if (pathbuf == NULL)        return JNI_FALSE;    if (isReservedDeviceNameW(pathbuf)) {        free(pathbuf);        return JNI_FALSE;    }    h = CreateFileW(        pathbuf,                                     GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,                FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE,           NULL,                                         CREATE_NEW,                                   FILE_ATTRIBUTE_NORMAL |            FILE_FLAG_OPEN_REPARSE_POINT,            NULL);    if (h == INVALID_HANDLE_VALUE) {        DWORD error = GetLastError();        if ((error != ERROR_FILE_EXISTS) && (error != ERROR_ALREADY_EXISTS)) {            DWORD a = GetFileAttributesW(pathbuf);            if (a == INVALID_FILE_ATTRIBUTES) {                SetLastError(error);                JNU_ThrowIOExceptionWithLastError(env, "Could not open file");            }        }        free(pathbuf);        return JNI_FALSE;    }    free(pathbuf);    CloseHandle(h);    return JNI_TRUE;}复制代码

list方法

该方法用于列出指定目录下的所有文件和目录，本地方法处理逻辑如下，

获取 java/lang/String类对象，并检查不能为NULL。

获取 File 对象对应的路径。

按照路径长度重新分配空间并将路径拷贝到 search_path。

通过 GetFileAttributesW 函数获取指定路径的文件属性，如果得到 INVALID_FILE_ATTRIBUTES 或如果为目录则直接返回NULL。

去除尾部多余的空格。

在路径的尾部添加*或\*。

通过 FindFirstFileW 函数获取到第一个文件。

接着通过 while 循环和 FindNextFileW 函数不断获取下一个文件，并将得到的文件名放到字符串数组中，而且文件名不能为.和..。

返回文件名数组，其中可以看到文件名数组的初始长度为16，如果超过该长度后则按照原来长度的两倍重新创建字符串数组对象，再将原数组复制到新数组中。

public native String[] list(File f);JNIEXPORT jobjectArray JNICALLJava_java_io_WinNTFileSystem_list(JNIEnv *env, jobject this, jobject file){    WCHAR *search_path;    HANDLE handle;    WIN32_FIND_DATAW find_data;    int len, maxlen;    jobjectArray rv, old;    DWORD fattr;    jstring name;    jclass str_class;    WCHAR *pathbuf;    str_class = JNU_ClassString(env);    CHECK_NULL_RETURN(str_class, NULL);    pathbuf = fileToNTPath(env, file, ids.path);    if (pathbuf == NULL)        return NULL;    search_path = (WCHAR*)malloc(2*wcslen(pathbuf) + 6);    if (search_path == 0) {        free (pathbuf);        errno = ENOMEM;        JNU_ThrowOutOfMemoryError(env, "native memory allocation failed");        return NULL;    }    wcscpy(search_path, pathbuf);    free(pathbuf);    fattr = GetFileAttributesW(search_path);    if (fattr == INVALID_FILE_ATTRIBUTES) {        free(search_path);        return NULL;    } else if ((fattr & FILE_ATTRIBUTE_DIRECTORY) == 0) {        free(search_path);        return NULL;    }    len = (int)wcslen(search_path);    while (search_path[len-1] == L' ') {        len--;    }    search_path[len] = 0;    if ((search_path[0] == L'\\' && search_path[1] == L'\0') ||        (search_path[1] == L':'        && (search_path[2] == L'\0'        || (search_path[2] == L'\\' && search_path[3] == L'\0')))) {        wcscat(search_path, L"*");    } else {        wcscat(search_path, L"\\*");    }    handle = FindFirstFileW(search_path, &find_data);    free(search_path);    if (handle == INVALID_HANDLE_VALUE) {        if (GetLastError() != ERROR_FILE_NOT_FOUND) {            return NULL;        } else {            rv = (*env)->NewObjectArray(env, 0, str_class, NULL);            return rv;        }    }    len = 0;    maxlen = 16;    rv = (*env)->NewObjectArray(env, maxlen, str_class, NULL);    if (rv == NULL)         return NULL;    do {        if (!wcscmp(find_data.cFileName, L".")                                || !wcscmp(find_data.cFileName, L".."))           continue;        name = (*env)->NewString(env, find_data.cFileName,                                 (jsize)wcslen(find_data.cFileName));        if (name == NULL)            return NULL;         if (len == maxlen) {            old = rv;            rv = (*env)->NewObjectArray(env, maxlen <<= 1, str_class, NULL);            if (rv == NULL || JNU_CopyObjectArray(env, rv, old, len) < 0)                return NULL;             (*env)->DeleteLocalRef(env, old);        }        (*env)->SetObjectArrayElement(env, rv, len++, name);        (*env)->DeleteLocalRef(env, name);    } while (FindNextFileW(handle, &find_data));    if (GetLastError() != ERROR_NO_MORE_FILES)        return NULL;     FindClose(handle);    if (len < maxlen) {        old = rv;        rv = (*env)->NewObjectArray(env, len, str_class, NULL);        if (rv == NULL)            return NULL;         if (JNU_CopyObjectArray(env, rv, old, len) < 0)            return NULL;     }    return rv;}复制代码

createDirectory方法

该方法用来创建目录，本地方法很简单，就是获取 File 对象对应的路径，再调用 CreateDirectoryW 函数创建目录。

public native boolean createDirectory(File f);JNIEXPORT jboolean JNICALLJava_java_io_WinNTFileSystem_createDirectory(JNIEnv *env, jobject this,                                             jobject file){    BOOL h = FALSE;    WCHAR *pathbuf = fileToNTPath(env, file, ids.path);    if (pathbuf == NULL) {        return JNI_FALSE;    }    h = CreateDirectoryW(pathbuf, NULL);    free(pathbuf);    if (h == 0) {        return JNI_FALSE;    }    return JNI_TRUE;}复制代码

setLastModifiedTime方法

该方法用来设置文件或目录的最后修改时间，本地方法是先获取 File 对象对应的路径，再用 CreateFileW 函数打开指定文件或目录，最后用 SetFileTime 函数设置最后修改时间。

public native boolean setLastModifiedTime(File f, long time);JNIEXPORT jboolean JNICALLJava_java_io_WinNTFileSystem_setLastModifiedTime(JNIEnv *env, jobject this,                                                 jobject file, jlong time){    jboolean rv = JNI_FALSE;    WCHAR *pathbuf = fileToNTPath(env, file, ids.path);    HANDLE h;    if (pathbuf == NULL)        return JNI_FALSE;    h = CreateFileW(pathbuf,                    FILE_WRITE_ATTRIBUTES,                    FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE,                    NULL,                    OPEN_EXISTING,                    FILE_FLAG_BACKUP_SEMANTICS,                    0);    if (h != INVALID_HANDLE_VALUE) {        LARGE_INTEGER modTime;        FILETIME t;        modTime.QuadPart = (time + 11644473600000L) * 10000L;        t.dwLowDateTime = (DWORD)modTime.LowPart;        t.dwHighDateTime = (DWORD)modTime.HighPart;        if (SetFileTime(h, NULL, NULL, &t)) {            rv = JNI_TRUE;        }        CloseHandle(h);    }    free(pathbuf);    return rv;}复制代码

setReadOnly方法

该方法用于将指定文件设置成只读。本地方法逻辑为，

获取 File 对象对应的路径。

通过 GetFileAttributesW 函数获取文件属性。

如果文件属于超链接或者快捷方式，则先获取对应的最终路径，然后再用 GetFileAttributesW 函数获取文件属性。

判断不为目录的话则通过 SetFileAttributesW 函数设置文件为只读，对应标识为 FILE_ATTRIBUTE_READONLY。

public native boolean setReadOnly(File f);JNIEXPORT jboolean JNICALLJava_java_io_WinNTFileSystem_setReadOnly(JNIEnv *env, jobject this,                                         jobject file){    jboolean rv = JNI_FALSE;    DWORD a;    WCHAR *pathbuf = fileToNTPath(env, file, ids.path);    if (pathbuf == NULL)        return JNI_FALSE;    a = GetFileAttributesW(pathbuf);    if ((a != INVALID_FILE_ATTRIBUTES) &&        ((a & FILE_ATTRIBUTE_REPARSE_POINT) != 0))    {        WCHAR *fp = getFinalPath(env, pathbuf);        if (fp == NULL) {            a = INVALID_FILE_ATTRIBUTES;        } else {            free(pathbuf);            pathbuf = fp;            a = GetFileAttributesW(pathbuf);        }    }    if ((a != INVALID_FILE_ATTRIBUTES) &&        ((a & FILE_ATTRIBUTE_DIRECTORY) == 0)) {        if (SetFileAttributesW(pathbuf, a | FILE_ATTRIBUTE_READONLY))            rv = JNI_TRUE;    }    free(pathbuf);    return rv;}复制代码

delete方法

该方法用于删除 File 对象指定路径，需要将标准路径缓存和标准路径前缀缓存都清掉，然后调用本地方法 delete0 执行删除操作。

public boolean delete(File f) {        cache.clear();        prefixCache.clear();        return delete0(f);    }private native boolean delete0(File f);复制代码

本地方法先获取 File 对象对应的路径，然后再调用 removeFileOrDirectory 函数删除目录或文件。而 removeFileOrDirectory 函数的逻辑是先将指定路径文件或目录设置成 FILE_ATTRIBUTE_NORMAL，然后再用 GetFileAttributesW 函数获取文件属性，最后如果指定路径为目录则调用 RemoveDirectoryW 函数删除目录，如果是文件则调用 DeleteFileW 函数删除文件。

JNIEXPORT jboolean JNICALLJava_java_io_WinNTFileSystem_delete0(JNIEnv *env, jobject this, jobject file){    jboolean rv = JNI_FALSE;    WCHAR *pathbuf = fileToNTPath(env, file, ids.path);    if (pathbuf == NULL) {        return JNI_FALSE;    }    if (removeFileOrDirectory(pathbuf) == 0) {        rv = JNI_TRUE;    }    free(pathbuf);    return rv;}static intremoveFileOrDirectory(const jchar *path){    DWORD a;    SetFileAttributesW(path, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL);    a = GetFileAttributesW(path);    if (a == INVALID_FILE_ATTRIBUTES) {        return 1;    } else if (a & FILE_ATTRIBUTE_DIRECTORY) {        return !RemoveDirectoryW(path);    } else {        return !DeleteFileW(path);    }}复制代码

rename方法

该方法用于重命名文件，需要将标准路径缓存和标准路径前缀缓存都清掉，然后调用本地方法 rename0 执行重命名操作。

public boolean rename(File f1, File f2) {        cache.clear();        prefixCache.clear();        return rename0(f1, f2);    }private native boolean rename0(File f1, File f2);复制代码

本地方法分别先获取原来的文件路径和重命名的文件路径，再通过 _wrename 函数进行重命名操作。

JNIEXPORT jboolean JNICALLJava_java_io_WinNTFileSystem_rename0(JNIEnv *env, jobject this, jobject from,                                     jobject to){    jboolean rv = JNI_FALSE;    WCHAR *frompath = fileToNTPath(env, from, ids.path);    WCHAR *topath = fileToNTPath(env, to, ids.path);    if (frompath != NULL && topath != NULL && _wrename(frompath, topath) == 0) {        rv = JNI_TRUE;    }    free(frompath);    free(topath);    return rv;}复制代码

access方法

该方法用于检查指定路径文件或目录是否可读，这里主要是JVM层的权限检查，所以用的是 SecurityManager 安全管理器来检测。

private boolean access(String path) {        try {            SecurityManager security = System.getSecurityManager();            if (security != null) security.checkRead(path);            return true;        } catch (SecurityException x) {            return false;        }    }复制代码

listRoots方法

该方法用于获取可用的文件系统的根文件对象的数组。逻辑如下，

先通过 listRoots0 本地方法获取所有根文件。

listRoots0 方法很简单，就是直接用 GetLogicalDrives 函数获取到操作系统的逻辑驱动器字符。需要注意的是 GetLogicalDrives 返回的是一个 int 类型，那么它是怎么表示驱动器字符的呢？其实也是通过位来标识，每一位对应表示一个逻辑驱动器是否存在，比如第一位如果是"1"则表示驱动器"A:"存在，第二位如果是“1”则表示驱动器“B:”存在，以此类推。

得到所有驱动器字符后通过一个for循环遍历检测驱动器的访问权限，去掉无权限的驱动器，并统计一个有n个驱动器，这里只需要循环26次，因为最多就是26个大写字母。

实例化一个 File 数组，大小为n。

再次通过一个26次的循环遍历得到有权限的驱动器，根据此驱动器符号实例化一个 File 对象，添加到 File 数组中。

返回 File 数组。

public File[] listRoots() {        int ds = listRoots0();        int n = 0;        for (int i = 0; i < 26; i++) {            if (((ds >> i) & 1) != 0) {                if (!access((char)('A' + i) + ":" + slash))                    ds &= ~(1 << i);                else                    n++;            }        }        File[] fs = new File[n];        int j = 0;        char slash = this.slash;        for (int i = 0; i < 26; i++) {            if (((ds >> i) & 1) != 0)                fs[j++] = new File((char)('A' + i) + ":" + slash);        }        return fs;    }private static native int listRoots0();JNIEXPORT jint JNICALLJava_java_io_WinNTFileSystem_listRoots0(JNIEnv *env, jclass ignored){    return GetLogicalDrives();}复制代码

getSpace方法

该方法用于获取文件空间大小，包括总空间大小、剩余空间大小和可用空间大小，Java 层分别用 SPACE_TOTAL = 0 SPACE_FREE = 1 SPACE_USABLE = 2标识。要查询某个文件的根目录的某某空间大小则将对应的标识传入，通过 getSpace0 本地方法获得。

public long getSpace(File f, int t) {        if (f.exists()) {            return getSpace0(f, t);        }        return 0;    }private native long getSpace0(File f, int t);复制代码

本地方法的逻辑是，

获取 File 对象对应的文件或目录路径。

通过 GetVolumePathNameW 函数获取指定路径对应的根路径。

通过 GetDiskFreeSpaceExW 函数将总空间大小、空闲空间大小和可用空间大小获取到。

根据传入的标识返回不同的指标，比如 SPACE_TOTAL则返回总空间大小，其他类似。

JNIEXPORT jlong JNICALLJava_java_io_WinNTFileSystem_getSpace0(JNIEnv *env, jobject this,                                       jobject file, jint t){    WCHAR volname[MAX_PATH_LENGTH + 1];    jlong rv = 0L;    WCHAR *pathbuf = fileToNTPath(env, file, ids.path);    if (GetVolumePathNameW(pathbuf, volname, MAX_PATH_LENGTH)) {        ULARGE_INTEGER totalSpace, freeSpace, usableSpace;        if (GetDiskFreeSpaceExW(volname, &usableSpace, &totalSpace, &freeSpace)) {            switch(t) {            case java_io_FileSystem_SPACE_TOTAL:                rv = long_to_jlong(totalSpace.QuadPart);                break;            case java_io_FileSystem_SPACE_FREE:                rv = long_to_jlong(freeSpace.QuadPart);                break;            case java_io_FileSystem_SPACE_USABLE:                rv = long_to_jlong(usableSpace.QuadPart);                break;            default:                assert(0);            }        }    }    free(pathbuf);    return rv;}复制代码

getNameMax方法

该方法用于获取系统允许的最大文件名长度。在调用 getNameMax0 本地方法前会先做一些处理，如果路径时绝对路径，则获取根路径并加上 \\。

public int getNameMax(String path) {        String s = null;        if (path != null) {            File f = new File(path);            if (f.isAbsolute()) {                Path root = f.toPath().getRoot();                if (root != null) {                    s = root.toString();                    if (!s.endsWith("\\")) {                        s = s + "\\";                    }                }            }        }        return getNameMax0(s);    }private native int getNameMax0(String path);复制代码

本地方法中通过 GetVolumeInformationW 函数得到系统允许的最大文件名长度 maxComponentLength

JNIEXPORT jint JNICALLJava_java_io_WinNTFileSystem_getNameMax0(JNIEnv *env, jobject this,                                         jstring pathname){    BOOL res = 0;    DWORD maxComponentLength;    if (pathname == NULL) {            res = GetVolumeInformationW(NULL,                                        NULL,                                        0,                                        NULL,                                        &maxComponentLength,                                        NULL,                                        NULL,                                        0);    } else {        WITH_UNICODE_STRING(env, pathname, path) {            res = GetVolumeInformationW(path,                                        NULL,                                        0,                                        NULL,                                        &maxComponentLength,                                        NULL,                                        NULL,                                        0);        } END_UNICODE_STRING(env, path);    }    if (res == 0) {        JNU_ThrowIOExceptionWithLastError(env,            "Could not get maximum component length");    }    return (jint)maxComponentLength;}复制代码

compare方法

该方法用于比较两个 File 对象，其实就是直接比较路径字符串。

public int compare(File f1, File f2) {        return f1.getPath().compareToIgnoreCase(f2.getPath());    }复制代码

hashCode方法

该方法用于获取 File 对象的哈希值，获取 File对象路径，再将字符串变成小写，再调用字符串的 hashCode 方法，最后与 1234321 进行异或运算，得到的值即为该文件的哈希值。

public int hashCode(File f) {        return f.getPath().toLowerCase(Locale.ENGLISH).hashCode() ^ 1234321;    }复制代码

以下是广告和相关阅读

=============广告时间===============

公众号的菜单已分为“分布式”、“机器学习”、“深度学习”、“NLP”、“Java深度”、“Java并发核心”、“JDK源码”、“Tomcat内核”等，可能有一款适合你的胃口。

鄙人的新书《Tomcat内核设计剖析》已经在京东销售了，有需要的朋友可以购买。感谢各位朋友。

=========================