探讨 Node.js 中的文件系统操作 (fs 模块) 如何进行异步读写、流式处理和权限控制。

嘿，大家好！我是你们今天的文件系统操作导游，准备好一起探索 Node.js 的 fs 模块了吗？ 今天我们要聊聊异步读写、流式处理和权限控制，保证你们听完之后，就能像操控乐高积木一样玩转文件系统。

一、异步读写：别阻塞你的小可爱线程！

Node.js 的一大特点就是它的非阻塞 I/O。想象一下，你正在煎牛排，如果每煎一面都要盯着，直到完全熟了才能翻面，那得多浪费时间啊！异步操作就像你同时煎好几块牛排，中间还可以去干点别的事情，比如刷刷手机或者准备酱汁。

fs 模块提供了两种读写文件的方式：同步和异步。同步操作会阻塞事件循环，就像盯着牛排一样，直到操作完成。异步操作则不会，它会把任务交给后台处理，完成后通过回调函数通知你。

1. 异步读取文件

const fs = require('fs');

fs.readFile('my_file.txt', 'utf8', (err, data) => {
  if (err) {
    console.error('读取文件出错:', err);
    return;
  }
  console.log('文件内容:', data);
});

console.log('这段代码会在读取文件之前执行！');

这段代码做了什么？

• fs.readFile('my_file.txt', 'utf8', ...): 这就是异步读取文件的关键。第一个参数是文件名，第二个参数是编码方式（’utf8′ 是一种常见的编码方式），第三个参数是一个回调函数。
• (err, data) => { ... }: 这个回调函数会在文件读取完成后执行。err 是错误对象，如果读取过程中出现错误，它就会包含错误信息。data 是文件内容。
• console.log('这段代码会在读取文件之前执行！');: 重点来了！因为 readFile 是异步的，所以这行代码会在文件读取完成之前执行。这就是非阻塞的魅力！

2. 异步写入文件

const fs = require('fs');

const content = 'Hello, asynchronous world!';

fs.writeFile('my_new_file.txt', content, (err) => {
  if (err) {
    console.error('写入文件出错:', err);
    return;
  }
  console.log('文件写入成功！');
});

console.log('这段代码会在文件写入之前执行！');

和读取文件类似，writeFile 也是异步的。它接受文件名、要写入的内容和一个回调函数作为参数。

3. 异步追加写入文件

const fs = require('fs');

const content = 'This will be appended to the file.';

fs.appendFile('my_existing_file.txt', content, (err) => {
  if (err) {
    console.error('追加写入文件出错:', err);
    return;
  }
  console.log('文件追加写入成功！');
});

console.log('这段代码会在文件追加写入之前执行！');

appendFile 和 writeFile 的区别在于，appendFile 会在文件末尾追加内容，而 writeFile 会覆盖文件原有内容（如果文件存在）。

4. 使用 Promises 简化异步操作

回调函数有时候会让人头疼，尤其是当你需要进行多个异步操作的时候，回调地狱可不是闹着玩的。幸运的是，我们可以使用 Promises 来简化异步操作。

const fs = require('fs').promises; // 注意这里

async function readFileAndWrite() {
  try {
    const data = await fs.readFile('my_file.txt', 'utf8');
    console.log('文件内容:', data);
    await fs.writeFile('my_output_file.txt', data + 'nModified!');
    console.log('文件写入成功！');
  } catch (err) {
    console.error('操作出错:', err);
  }
}

readFileAndWrite();

console.log('这段代码会在读取文件之前执行！');

这里我们使用了 fs.promises，它提供了基于 Promise 的文件系统操作函数。async/await 让异步代码看起来像同步代码一样，大大提高了可读性。

二、流式处理：像流水线一样高效！

想象一下，你要搬运一卡车沙子。如果你一次性把所有沙子都扛起来，那肯定累个半死。但如果你用传送带，一点一点地把沙子运走，那就轻松多了。流式处理就像这个传送带，它允许你分块读取和写入数据，而不需要一次性把整个文件加载到内存中。

1. 创建可读流 (Readable Stream)

const fs = require('fs');

const readStream = fs.createReadStream('large_file.txt', { highWaterMark: 64 * 1024 }); // 64KB 缓冲区

readStream.on('data', (chunk) => {
  console.log('接收到数据块:', chunk.length);
  // 处理数据块
});

readStream.on('end', () => {
  console.log('文件读取完成！');
});

readStream.on('error', (err) => {
  console.error('读取文件出错:', err);
});

这段代码做了什么？

• fs.createReadStream('large_file.txt', { highWaterMark: 64 * 1024 }): 创建一个可读流，从 large_file.txt 中读取数据。highWaterMark 选项指定了缓冲区的大小，这里设置为 64KB。这意味着每次读取最多 64KB 的数据。
• readStream.on('data', (chunk) => { ... }): 监听 data 事件。当有数据块到达时，这个事件会被触发。chunk 就是接收到的数据块。
• readStream.on('end', () => { ... }): 监听 end 事件。当文件读取完成时，这个事件会被触发。
• readStream.on('error', (err) => { ... }): 监听 error 事件。如果在读取过程中出现错误，这个事件会被触发。

2. 创建可写流 (Writable Stream)

const fs = require('fs');

const writeStream = fs.createWriteStream('output.txt');

writeStream.write('First chunk of data.n');
writeStream.write('Second chunk of data.n');
writeStream.end('End of data.');

writeStream.on('finish', () => {
  console.log('文件写入完成！');
});

writeStream.on('error', (err) => {
  console.error('写入文件出错:', err);
});

• fs.createWriteStream('output.txt'): 创建一个可写流，将数据写入 output.txt 文件。
• writeStream.write(...): 向流中写入数据。
• writeStream.end(...): 结束流，并写入最后的数据。
• writeStream.on('finish', () => { ... }): 监听 finish 事件。当所有数据都写入文件后，这个事件会被触发。

3. 使用管道 (Pipe) 连接可读流和可写流

管道是流式处理的利器。它可以将一个可读流的输出直接连接到可写流的输入，而不需要手动监听 data 事件和调用 write 方法。

const fs = require('fs');

const readStream = fs.createReadStream('input.txt');
const writeStream = fs.createWriteStream('output.txt');

readStream.pipe(writeStream);

readStream.on('end', () => {
  console.log('文件复制完成！');
});

readStream.on('error', (err) => {
  console.error('读取文件出错:', err);
});

writeStream.on('error', (err) => {
  console.error('写入文件出错:', err);
});

readStream.pipe(writeStream) 这行代码就完成了整个复制过程。是不是很简单？

4. 流的类型

除了可读流和可写流之外，还有两种流：

• Duplex Stream (双工流): 既可以读又可以写，例如 TCP socket。
• Transform Stream (转换流): 在读写过程中可以修改数据，例如压缩流和加密流。

三、权限控制：保护你的数据！

文件系统权限控制是保护数据的重要手段。它可以限制哪些用户可以读取、写入或执行文件。

1. 文件权限基础

在 Linux 和 macOS 系统中，每个文件都有所有者 (owner)、所属组 (group) 和其他用户 (others) 三种身份。每种身份都有三种权限：

• r (read): 读取文件的权限。
• w (write): 写入文件的权限。
• x (execute): 执行文件的权限。

这些权限可以用数字表示：

• r: 4
• w: 2
• x: 1

例如，权限 rwxr-xr-- 表示：

• 所有者 (owner): 读、写、执行 (4 + 2 + 1 = 7)
• 所属组 (group): 读、执行 (4 + 1 = 5)
• 其他用户 (others): 只读 (4 = 4)

因此，rwxr-xr-- 可以用数字 754 表示。

2. 使用 fs.chmod 修改文件权限

const fs = require('fs');

fs.chmod('my_file.txt', 0o755, (err) => {
  if (err) {
    console.error('修改文件权限出错:', err);
    return;
  }
  console.log('文件权限修改成功！');
});

fs.chmod 函数用于修改文件权限。第一个参数是文件名，第二个参数是权限值，必须是八进制数（用 0o 开头）。

3. 使用 fs.chown 修改文件所有者和所属组

const fs = require('fs');

const uid = 1000; // 用户 ID
const gid = 1000; // 组 ID

fs.chown('my_file.txt', uid, gid, (err) => {
  if (err) {
    console.error('修改文件所有者出错:', err);
    return;
  }
  console.log('文件所有者修改成功！');
});

fs.chown 函数用于修改文件所有者和所属组。第一个参数是文件名，第二个参数是用户 ID，第三个参数是组 ID。

4. 使用 fs.stat 获取文件信息

const fs = require('fs');

fs.stat('my_file.txt', (err, stats) => {
  if (err) {
    console.error('获取文件信息出错:', err);
    return;
  }

  console.log('文件大小:', stats.size);
  console.log('创建时间:', stats.birthtime);
  console.log('修改时间:', stats.mtime);
  console.log('是否是文件:', stats.isFile());
  console.log('是否是目录:', stats.isDirectory());
  console.log('权限 (mode):', stats.mode.toString(8)); // 将 mode 转换为八进制字符串
  console.log('用户ID (uid):', stats.uid);
  console.log('组ID (gid):', stats.gid);
});

fs.stat 函数用于获取文件信息。stats 对象包含了文件的大小、创建时间、修改时间、权限等信息。

总结：一张表格胜千言！

功能	函数 (异步)	函数 (同步)	描述
读取文件	fs.readFile	fs.readFileSync	读取文件内容到内存。
写入文件	fs.writeFile	fs.writeFileSync	写入文件内容，覆盖原有内容。
追加写入文件	fs.appendFile	fs.appendFileSync	在文件末尾追加内容。
创建目录	fs.mkdir	fs.mkdirSync	创建目录。
删除目录	fs.rmdir	fs.rmdirSync	删除目录（必须为空）。
重命名文件/目录	fs.rename	fs.renameSync	重命名文件或目录。
删除文件	fs.unlink	fs.unlinkSync	删除文件。
读取目录	fs.readdir	fs.readdirSync	读取目录中的文件和子目录。
获取文件信息	fs.stat	fs.statSync	获取文件或目录的详细信息（大小、权限、创建时间等）。
修改文件权限	fs.chmod	fs.chmodSync	修改文件或目录的权限。
修改文件所有者	fs.chown	fs.chownSync	修改文件或目录的所有者和所属组。
创建可读流	fs.createReadStream	N/A	创建一个可读流，用于分块读取文件。
创建可写流	fs.createWriteStream	N/A	创建一个可写流，用于分块写入文件。
监听文件变化	fs.watch	N/A	监听文件或目录的变化。
复制文件	fs.copyFile	fs.copyFileSync	复制文件。

总结的总结：

Node.js 的 fs 模块功能强大，但使用时需要注意以下几点：

• 优先使用异步操作： 避免阻塞事件循环，提高性能。
• 合理使用流： 处理大文件时，流式处理可以显著降低内存占用。
• 注意错误处理： 每个异步操作都需要处理错误，避免程序崩溃。
• 了解文件系统权限： 保护你的数据安全。

好了，今天的讲座就到这里。希望你们通过今天的学习，能够更加自信地使用 Node.js 的 fs 模块进行文件系统操作。 记住，实践是检验真理的唯一标准，多动手敲代码，才能真正掌握这些知识。 祝大家编程愉快！