JDK不同操作系统的FileSystem(unix-like)中篇

作者:超人汪小建(seaboat)

出处:https://blog.csdn.net/wangyangzhizhou/column/info/16032


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 unix-like 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 unix-like )操作系统的文件系统的实现类,前面已经讲了 Windows操作系统,对应为 WinNTFileSystem 类。这里接着讲 unix-like 操作系统,对应为 UnixFileSystem 类。篇幅所限,分为上中下篇,此为中篇。

继承结构

    --java.lang.Object
      --java.io.FileSystem
        --java.io.UnixFileSystem

类定义

    class UnixFileSystem extends FileSystem

主要属性

  • slash 表示斜杠符号。
  • colon 表示冒号符号。
  • javaHome 表示Java Home目录。
  • cache 用于缓存标准路径。
  • javaHomePrefixCache 用于缓存标准路径前缀。
        private final char slash;
        private final char colon;
        private final String javaHome;
        private ExpiringCache cache = new ExpiringCache();
        private ExpiringCache javaHomePrefixCache = new ExpiringCache();

主要方法

parentOrNull 方法

该方法用于获取路径的父目录,它的思路其实很简单,就是从路径的最后一个字符开始向前寻找路径分隔符(斜杠),正常情况下,找到第一个路径分隔符的位置,再从头开始截取到该位置即可。但可能存在...的情况,所以如果连续遇到两个.则返回 null;如果路径以.结尾也是返回 null;如果路径没有父目录或以分隔符结尾都返回null。

    static String parentOrNull(String path) {
            if (path == null) return null;
            char sep = File.separatorChar;
            int last = path.length() - 1;
            int idx = last;
            int adjacentDots = 0;
            int nonDotCount = 0;
            while (idx > 0) {
                char c = path.charAt(idx);
                if (c == '.') {
                    if (++adjacentDots >= 2) {
                        return null;
                    }
                } else if (c == sep) {
                    if (adjacentDots == 1 && nonDotCount == 0) {
                        return null;
                    }
                    if (idx == 0 ||
                        idx >= last - 1 ||
                        path.charAt(idx - 1) == sep) {
                        return null;
                    }
                    return path.substring(0, idx);
                } else {
                    ++nonDotCount;
                    adjacentDots = 0;
                }
                --idx;
            }
            return null;
        }

getBooleanAttributes方法

这是一个本地方法,它主要的作用是可以用来判断 File 对象对应的文件或目录是否存在,判断 File 对象对应的是不是文件,判断 File 对象对应的是不是目录,判断 File 对象是不是隐藏文件或目录。

从实现可以看到是通过 getBooleanAttributes0 本地方法获取“是否存在”、“是否为文件”和“是否为目录”三个属性值,但“是否为隐藏”则无法从本地方法获取到,而是通过判断文件名是否以.开头来判断是否隐藏,因为在 unix-like 中约定以此开头的都是隐藏文件或目录。


public int getBooleanAttributes(File f) { int rv = getBooleanAttributes0(f); String name = f.getName(); boolean hidden = (name.length() > 0) && (name.charAt(0) == '.'); return rv | (hidden ? BA_HIDDEN : 0); }

但这里为什么返回的是一个 int 类型呢?因为这里为了高效利用数据,用位作为不同属性的标识,分别为
0x01、0x02、0x04、0x08,分别代表是否存在、是否为文件、是否为目录和是否为隐藏文件或目录。

        public native int getBooleanAttributes0(File f);

本地方法的主要逻辑是通过 stat64 函数获取文件属性,在通过或运算将属性信息装进整型数值中。

    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)) {
                int fmt = mode & S_IFMT;
                rv = (jint) (java_io_FileSystem_BA_EXISTS
                      | ((fmt == S_IFREG) ? java_io_FileSystem_BA_REGULAR : 0)
                      | ((fmt == S_IFDIR) ? java_io_FileSystem_BA_DIRECTORY : 0));
            }
        } END_PLATFORM_STRING(env, path);
        return rv;
    }

    static jboolean
    statMode(const char *path, int *mode)
    {
        struct stat64 sb;
        if (stat64(path, &sb) == 0) {
            *mode = sb.st_mode;
            return JNI_TRUE;
        }
        return JNI_FALSE;
    }

checkAccess方法

这是一个本地方法,它主要的作用是判断某个文件或目录是否可读、是否可写、是否可执行。这里同样用位标识这些属性,分别用0x01、0x02、0x04表示可执行、可写、可读。

    public native boolean checkAccess(File f, int access);

本地方法的实现主要通过 access 函数,可以看到可读、可写和可执行三种情况对应的mode分别为R_OKW_OKX_OK。拥有对应权限则返回0,否则返回-1。最后往Java层返回一个 boolean 值。

    JNIEXPORT jboolean JNICALL
    Java_java_io_UnixFileSystem_checkAccess(JNIEnv *env, jobject this,
                                            jobject file, jint a)
    {
        jboolean rv = JNI_FALSE;
        int mode = 0;
        switch (a) {
        case java_io_FileSystem_ACCESS_READ:
            mode = R_OK;
            break;
        case java_io_FileSystem_ACCESS_WRITE:
            mode = W_OK;
            break;
        case java_io_FileSystem_ACCESS_EXECUTE:
            mode = X_OK;
            break;
        default: assert(0);
        }
        WITH_FIELD_PLATFORM_STRING(env, file, ids.path, path) {
            if (access(path, mode) == 0) {
                rv = JNI_TRUE;
            }
        } END_PLATFORM_STRING(env, path);
        return rv;
    }

getLastModifiedTime方法

该方法用于获取文件或目录的最后修改时间,本地方法逻辑是通过 stat64 函数获取对应路径文件属性,然后获取结构体的 st_mtime 成员即可。

    public native long getLastModifiedTime(File f);

    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;
    }

这里为什么能通过 ids 直接获取到路径呢?且看下面,其实在 Java 层的 UnixFileSystem 类被加载时就会执行一个代码块,initIDs 方法会将 File 类的 path 属性关联到 ids 中,进而可以根据该属性获取到路径。

    private static native void initIDs();

        static {
            initIDs();
        }
    static struct {
        jfieldID path;
    } ids;


    JNIEXPORT void JNICALL
    Java_java_io_UnixFileSystem_initIDs(JNIEnv *env, jclass cls)
    {
        jclass fileClass = (*env)->FindClass(env, "java/io/File");
        if (!fileClass) return;
        ids.path = (*env)->GetFieldID(env, fileClass,
                                      "path", "Ljava/lang/String;");
    }

getLength方法

该方法用于获取文件或目录的长度,本地方法逻辑是通过 stat64 函数获取对应路径文件属性,其中路径同样是通过 ids 获得,然后获取结构体的 st_size 成员即可。

    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;
    }

setPermission方法

该方法主要用于设置 File 对象的访问权限,核心逻辑是通过 chmod 函数来实现,具体逻辑如下:
1. 对于 owneronly 变量,表示是否仅修改文件所有者的权限。
2. 如果设为 ACCESS_READ,则根据 owneronly 变量,将 chmod 函数对应的参数值设为 S_IRUSR 或 S_IRUSR | S_IRGRP | S_IROTH。
3. 如果设为 ACCESS_WRITE,则根据 owneronly 变量,将 chmod 函数对应的参数值设为 S_IWUSR 或 S_IWUSR | S_IWGRP | S_IWOTH。
4. 如果设为 ACCESS_EXECUTE,则根据 owneronly 变量,将 chmod 函数对应的参数值设为 S_IXUSR 或 S_IXUSR | S_IXGRP | S_IXOTH。
5. 通过 stat64 函数获取路径对应文件的属性,并根据 enable 变量来赋予新值,最后通过 chmod 函数完成权限的修改。

    JNIEXPORT jboolean JNICALL
    Java_java_io_UnixFileSystem_setPermission(JNIEnv *env, jobject this,
                                              jobject file,
                                              jint access,
                                              jboolean enable,
                                              jboolean owneronly)
    {
        jboolean rv = JNI_FALSE;

        WITH_FIELD_PLATFORM_STRING(env, file, ids.path, path) {
            int amode = 0;
            int mode;
            switch (access) {
            case java_io_FileSystem_ACCESS_READ:
                if (owneronly)
                    amode = S_IRUSR;
                else
                    amode = S_IRUSR | S_IRGRP | S_IROTH;
                break;
            case java_io_FileSystem_ACCESS_WRITE:
                if (owneronly)
                    amode = S_IWUSR;
                else
                    amode = S_IWUSR | S_IWGRP | S_IWOTH;
                break;
            case java_io_FileSystem_ACCESS_EXECUTE:
                if (owneronly)
                    amode = S_IXUSR;
                else
                    amode = S_IXUSR | S_IXGRP | S_IXOTH;
                break;
            default:
                assert(0);
            }
            if (statMode(path, &mode)) {
                if (enable)
                    mode |= amode;
                else
                    mode &= ~amode;
                if (chmod(path, mode) >= 0) {
                    rv = JNI_TRUE;
                }
            }
        } END_PLATFORM_STRING(env, path);
        return rv;
    }

    static jboolean
    statMode(const char *path, int *mode)
    {
        struct stat64 sb;
        if (stat64(path, &sb) == 0) {
            *mode = sb.st_mode;
            return JNI_TRUE;
        }
        return JNI_FALSE;
    }

createFileExclusively方法

该方法用于创建文件,本地方法逻辑是,
1. 如果是根目录则不做任何操作,因为根目录肯定存在的。
2. 通过 handleOpen 函数完成创建的逻辑,该方法其实通过调用 open64 函数创建文件,其中传入的参数为 O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL,表示以读写模式打开,并且如果文件不存在则创建,如果文件已存在则返回-1。
3. 创建成功后通过 fstat64 函数获取文件属性,用 S_ISDIR 函数判断如果是目录则关闭文件并且设置 errno 为 EISDIR。
4. 如果 handleOpen 函数返回了-1,则如果 errno 不为 EEXIST 则抛出错误,也就是说文件已经存在的话则不抛出错误。
5. 最后创建文件成功后关闭它,返回成功。

    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;
            if (strcmp (path, "/")) {
                fd = handleOpen(path, O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL, 0666);
                if (fd < 0) {
                    if (errno != EEXIST)
                        JNU_ThrowIOExceptionWithLastError(env, path);
                } else {
                    if (close(fd) == -1)
                        JNU_ThrowIOExceptionWithLastError(env, path);
                    rv = JNI_TRUE;
                }
            }
        } END_PLATFORM_STRING(env, path);
        return rv;
    }

    FD
    handleOpen(const char *path, int oflag, int mode) {
        FD fd;
        RESTARTABLE(open64(path, oflag, mode), fd);
        if (fd != -1) {
            struct stat64 buf64;
            int result;
            RESTARTABLE(fstat64(fd, &buf64), result);
            if (result != -1) {
                if (S_ISDIR(buf64.st_mode)) {
                    close(fd);
                    errno = EISDIR;
                    fd = -1;
                }
            } else {
                close(fd);
                fd = -1;
            }
        }
        return fd;
    }

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();
            javaHomePrefixCache.clear();
            return delete0(f);
        }

    private native boolean delete0(File f);

本地方法实际上就是调用了 remove 函数对指定路径文件进行删除。

    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) {
            if (remove(path) == 0) {
                rv = JNI_TRUE;
            }
        } END_PLATFORM_STRING(env, path);
        return rv;
    }
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