JDK不同操作系统的FileSystem(Windows)下篇

JDK不同操作系统的FileSystem(Windows)下篇

技术杂谈小彩虹2021-08-22 15:36:06210A+A-

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

createFileExclusively方法

该方法用于创建文件,本地方法逻辑是,

  1. 将路径转成宽字符形式。
  2. 判断路径是否为系统保留设备名。
  3. 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。
  4. 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 JNICALL
Java_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;
}

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,

  1. 获取 java/lang/String类对象,并检查不能为NULL。
  2. 获取 File 对象对应的路径。
  3. 按照路径长度重新分配空间并将路径拷贝到 search_path。
  4. 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。
  5. 去除尾部多余的空格。
  6. 在路径的尾部添加*\*
  7. 通过 FindFirstFileW 函数获取到第一个文件。
  8. 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...
  9. 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 JNICALL
Java_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;
}

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 JNICALL
Java_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;
}

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 JNICALL
Java_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;
}

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,

  1. 获取 File 对象对应的路径。
  2. 通过 GetFileAttributesW 函数获取文件属性。
  3. 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。
  4. 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 JNICALL
Java_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;
}

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);

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 JNICALL
Java_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 int
removeFileOrDirectory(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);
    }
}

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);

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 JNICALL
Java_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;
}

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;
        }
    }

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,

  1. 先通过 listRoots0 本地方法获取所有根文件。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 实例化一个 File 数组,大小为n。
  5. 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。
  6. 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 JNICALL
Java_java_io_WinNTFileSystem_listRoots0(JNIEnv *env, jclass ignored)
{
    return GetLogicalDrives();
}

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);

本地方法的逻辑是,

  1. 获取 File 对象对应的文件或目录路径。
  2. 通过 GetVolumePathNameW 函数获取指定路径对应的根路径。
  3. 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。
  4. 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 JNICALL
Java_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;
}

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);

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 JNICALL
Java_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;
}

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());
    }

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;
    }

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