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@Zunn(飯尾 悠也)

【Java入門 - 実践編】ファイルの操作

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はじめに

こんにちは。
スッキリわかるJava入門 実践編の学習を進めています。
この学習記録を備忘録として残しながら、自身の理解を深めたいと思っています。

今回は第2部 / 第6章「ファイルの操作」について学びました。
Javaにおけるストリームの基礎知識から、try-with-resources による安全なファイル入出力、そして Path/Files クラスを使った直感的なファイル操作までを学びました。

この記事が、同じくJavaの学習をしている人にとっても参考になりましたら幸いです。

参考書籍について

目次

  1. 本章の要点
  2. 自分なりの解釈

1. 本章の要点

ストリームの概念

ストリームとは、データの伝送路を表す概念で、JVMはストリームを通じてファイル、ネットワーク、キーボードなどのデータソースとやり取りします。

ファイル操作で主に使うストリームは、2つの種類に分けられます

  • 文字ストリーム：文字（Char）のデータが流れる。テキストファイルに最適。使用クラス：FileReader、FileWriter
  • バイトストリーム：バイト（byte）のデータが流れる。バイナリファイルや汎用的に使用。使用クラス：FileInputStream、FileOutputStream

ファイル操作の前提知識

ファイル操作は、「ファイルを開く」 → 「データを読み書きする」 → 「ファイルを閉じる」という3つのステップで構成されます。

Javaで扱うファイルには2つの種類があります

  • テキストファイル：人間が読める文字データで構成（.txt, .csv など）
  • バイナリファイル：バイト単位のデータで構成（.jpg, .exe など）

テキストファイルの読み書き

import java.io.*;

public class TextFileExample {
    // ファイルに書き込む
    public static void writeTextFile(String filename, String content) throws IOException {
        FileWriter writer = new FileWriter(filename);
        try {
            writer.write(content);
            System.out.println("ファイルに書き込みました：" + filename);
        } finally {
            writer.close();
        }
    }
    
    // ファイルから読み込む
    public static void readTextFile(String filename) throws IOException {
        FileReader reader = new FileReader(filename);
        try {
            int ch;
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            while ((ch = reader.read()) != -1) {
                sb.append((char) ch);
            }
            System.out.println("ファイル内容：");
            System.out.println(sb.toString());
        } finally {
            reader.close();
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // テキストファイルに書き込む
        String content = "ミナト\nアサカ\nシェナ";
        writeTextFile("heroes.txt", content);
        
        // テキストファイルから読み込む
        readTextFile("heroes.txt");
    }
}

バイナリファイルの読み書き

import java.io.*;

public class BinaryFileExample {
    // バイナリファイルに書き込む
    public static void writeBinaryFile(String filename, byte[] data) throws IOException {
        FileOutputStream stream = new FileOutputStream(filename);
        try {
            stream.write(data);
            System.out.println("バイナリファイルに書き込みました：" + filename);
        } finally {
            stream.close();
        }
    }
    
    // バイナリファイルから読み込む
    public static void readBinaryFile(String filename) throws IOException {
        FileInputStream stream = new FileInputStream(filename);
        try {
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int bytesRead;
            while ((bytesRead = stream.read(buffer)) != -1) {
                System.out.println("読み込んだバイト数：" + bytesRead);
            }
        } finally {
            stream.close();
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // バイナリデータを作成
        byte[] data = new byte[] {
            0x89, 0x50, 0x4E, 0x47 // PNGファイルの識別子の例
        };
        
        // バイナリファイルに書き込む
        writeBinaryFile("sample.bin", data);
        
        // バイナリファイルから読み込む
        readBinaryFile("sample.bin");
    }
}

try-with-resourcesによる安全な例外処理

ファイルは必ずクローズしないといけません。try-with-resourcesを使うことで、例外が発生してもファイルが確実にクローズされます。

import java.io.*;
import java.nio.file.*;

public class SafeFileHandling {
    // try-with-resources文
    public static void safeWrite(String filename, String content) throws IOException {
        try (FileWriter writer = new FileWriter(filename)) {
            writer.write(content);
            System.out.println("安全に書き込みました");
        } // ここで自動的にクローズされる
    }
    
    // try-with-resources文で複数のリソースを扱う
    public static void safeReadAndWrite(String inputFile, String outputFile) throws IOException {
        try (FileReader reader = new FileReader(inputFile);
             FileWriter writer = new FileWriter(outputFile)) {
            
            int ch;
            while ((ch = reader.read()) != -1) {
                writer.write(ch);
            }
            System.out.println("ファイルをコピーしました");
        } // 両方のファイルが自動的にクローズされる
    }
    
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        safeWrite("test.txt", "テスト内容");
        safeReadAndWrite("test.txt", "copy.txt");
    }
}

ファイルクローズが重要な理由

ファイルを閉じないと、以下の問題が発生します

  • メモリリーク（ファイルディスクリプタが消費される）
  • ファイルのロック（他のプロセスが操作できない）
  • データ喪失（バッファがフラッシュされない）

ファイルシステムの操作

java.io.Fileクラスは基本的なファイル操作ができますが、java.nio.FileとPath/Filesクラスでより高度で安全なファイルシステム操作が実現できます。

import java.io.*;
import java.nio.file.*;

public class FileSystemOperations {
    // 従来のFileクラス
    public static void legacyFileClass() {
        File file = new File("data.txt");
        
        // ファイルの存在確認
        System.out.println("存在するか：" + file.exists());
        
        // ファイルのサイズ
        System.out.println("ファイルサイズ：" + file.length() + " バイト");
        
        // ファイルの削除
        if (file.exists()) {
            file.delete();
            System.out.println("ファイルを削除しました");
        }
    }
    
    // Path/Filesクラス
    public static void modernPathClass() throws IOException {
        Path path = Paths.get("data.txt");
        
        // ファイルの存在確認
        System.out.println("存在するか：" + Files.exists(path));
        
        // ファイルのサイズ
        System.out.println("ファイルサイズ：" + Files.size(path) + " バイト");
        
        // 最終更新日時
        System.out.println("最終更新：" + Files.getLastModifiedTime(path));
        
        // ファイル属性の確認
        System.out.println("読み取り可能：" + Files.isReadable(path));
        System.out.println("書き込み可能：" + Files.isWritable(path));
        
        // ファイルのコピー
        Path copyPath = Paths.get("copy.txt");
        Files.copy(path, copyPath, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);
        System.out.println("ファイルをコピーしました");
        
        // ファイルの削除
        Files.delete(path);
        System.out.println("ファイルを削除しました");
    }
    
    // ディレクトリ内のファイル一覧
    public static void listFiles(String directoryPath) throws IOException {
        Path dir = Paths.get(directoryPath);
        
        Files.list(dir)
            .forEach(path -> System.out.println(path.getFileName()));
    }
    
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // テストファイル作成
        Files.write(Paths.get("data.txt"), "テストデータ".getBytes());
        
        modernPathClass();
    }
}

2. 自分なりの解釈

  • ストリームの概念は、ファイルだけでなくネットワークやキーボード入力など、様々なデータソースに統一的にアクセスするための重要な仕組み。
  • try-with-resourcesの登場により、ファイルのクローズ漏れがなくなり、より安全で読みやすいコードが実現できるようになった。
  • Path/Filesクラスの導入により、ファイルシステム操作がより直感的で、複雑な操作も簡潔に記述できるようになった。

最後まで見ていただきありがとうございました。
次回は、第2部 / 第7章「さまざまなファイル形式」について書く予定です。

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