Node.js 文件系统

作者likuolei

关键点

  • 研究表明，Node.js 的文件系统模块（fs 模块）是处理文件和目录操作的核心工具，支持读取、写入、删除文件以及创建、遍历目录等功能。
  • 它似乎提供同步和异步方法，异步方法性能更高，适合高并发场景，文件流操作（如 createReadStream 和 createWriteStream）适合处理大文件。
  • 证据显示，fs 模块基于 POSIX 标准，需注意异步操作的回调顺序和同步操作的阻塞特性。

Node.js 文件系统简介

Node.js 的文件系统模块（fs 模块）允许你与计算机的文件系统交互，比如读取、写入或删除文件。研究表明，你可以通过 require('fs') 导入它，支持两种方式：异步方法（不阻塞程序，适合高并发）和同步方法（阻塞程序，适合简单任务）。

常用功能

以下是一些常见操作：

  • 读取文件：用 fs.readFile()（异步）或 fs.readFileSync()（同步）读取文件内容。
  • 写入文件：用 fs.writeFile()（异步）或 fs.writeFileSync()（同步）写入或覆盖文件。
  • 删除文件：用 fs.unlink()（异步）或 fs.unlinkSync()（同步）删除文件。
  • 创建目录：用 fs.mkdir()（异步）或 fs.mkdirSync()（同步）创建文件夹。

文件流操作

对于大文件，研究建议使用文件流，比如 fs.createReadStream() 读取和 fs.createWriteStream() 写入，节省内存。

使用建议

优先选择异步方法以保持程序响应快，注意文件路径和权限问题，尤其在 Windows 和 Linux 间切换时。

参考资源：

详细报告

本文旨在全面讲解 Node.js 的文件系统模块（fs 模块），基于 2025 年 7 月 28 日的最新信息，涵盖其定义、特性、常用方法、异步与同步区别、文件流操作、性能和安全考虑等内容。以下为详细分析，适合有一定技术背景的读者。

概述与背景

Node.js 是一个基于 Chrome V8 引擎的 JavaScript 运行时环境，特别适用于事件驱动、非阻塞 I/O 的场景。在处理文件和目录操作时，Node.js 提供了强大的文件系统模块（fs 模块），它封装了标准 POSIX 文件 I/O 操作。通过 require('fs') 导入 fs 模块，开发者可以轻松地进行文件读取、写入、删除、创建目录等操作。

fs 模块的核心特性包括：

  • 异步和同步方法：所有方法均提供异步和同步版本，异步方法通过回调函数处理结果，适合高并发场景；同步方法直接返回结果，但会阻塞事件循环。
  • 文件流操作：支持创建读取流（createReadStream）和写入流（createWriteStream），方便处理大文件。
  • 跨平台支持：适用于 Windows、Linux 和 macOS，但需注意文件路径和权限的平台差异。

研究表明，fs 模块的稳定性为 2（Stable），源代码位于 lib/fs.js，支持 CommonJS 和 ES6 模块（ESM）导入方式。

fs 模块的常用方法

以下是 fs 模块中常用的方法及其功能，分为异步和同步两种形式：

方法描述异步/同步
fs.readFile(path, encoding, callback)读取文件内容，encoding 指定编码（如 ‘utf8’）异步
fs.readFileSync(path, encoding)同步读取文件内容同步
fs.writeFile(file, data, options, callback)写入文件，data 可以是字符串或 Buffer异步
fs.writeFileSync(file, data, options)同步写入文件同步
fs.appendFile(file, data, options, callback)追加数据到文件末尾异步
fs.appendFileSync(file, data, options)同步追加数据到文件末尾同步
fs.unlink(path, callback)删除文件异步
fs.unlinkSync(path)同步删除文件同步
fs.mkdir(path, options, callback)创建目录异步
fs.mkdirSync(path, options)同步创建目录同步
fs.readdir(path, options, callback)读取目录下的文件和子目录异步
fs.readdirSync(path, options)同步读取目录下的文件和子目录同步
fs.stat(path, callback)获取文件或目录的信息异步
fs.statSync(path)同步获取文件或目录的信息同步

这些方法的参数和选项非常灵活，例如 options 可以包括编码（encoding）、文件模式（mode）等。以下是部分方法的详细参数说明：

方法参数示例说明
fs.readFilefs.readFile('file.txt', 'utf8', callback)encoding 为 ‘utf8’ 时返回字符串，否则返回 Buffer
fs.writeFilefs.writeFile('file.txt', 'data', { mode: 0o666 }, callback)mode 设置文件权限，默认为 0666
fs.mkdirfs.mkdir('/tmp/test', { recursive: true }, callback)recursive 为 true 时递归创建目录

文件流操作

对于大文件操作，fs 模块提供了文件流（stream）支持：

  • 读取流：fs.createReadStream(path, options)，用于逐步读取文件内容。
  • 选项包括 start 和 end（指定字节范围）、encoding（指定 Buffer 类型）、highWaterMark（默认 64 * 1024，控制每次读取的字节数）。
  • 示例：
    javascript const fs = require('fs'); const readStream = fs.createReadStream('large_file.txt', { encoding: 'utf8', highWaterMark: 64 * 1024 }); readStream.on('data', (chunk) => { console.log(chunk.toString()); }); readStream.on('end', () => { console.log('读取完成'); });
  • 写入流：fs.createWriteStream(path, options)，用于逐步写入文件内容。
  • 选项包括 start（指定写入位置）、flags（如 ‘r+’ 修改现有文件）、autoClose（默认 true，文件关闭后自动关闭流）。
  • 示例：
    javascript const writeStream = fs.createWriteStream('output.txt', { flags: 'a' }); writeStream.write('Hello, Stream!'); writeStream.end(); writeStream.on('finish', () => { console.log('写入完成'); });

文件流操作可以避免一次性加载整个文件到内存中，适合处理大文件或实时数据流。研究建议，highWaterMark 可根据文件大小调整，以优化性能。

异步与同步的区别

  • 异步方法：通过回调函数处理结果，不阻塞事件循环，适合高并发场景。回调函数的第一个参数通常是错误对象（err），如果操作成功，err 为 null 或 undefined。
  • 示例：
    javascript fs.readFile('input.txt', 'utf8', (err, data) => { if (err) throw err; console.log('文件内容：', data); });
  • 异步方法使用 Node.js 的线程池（libuv 线程池），默认线程池大小为 4，可通过 UV_THREADPOOL_SIZE 环境变量调整。需注意，异步方法不是线程安全的，需避免并发修改文件以防数据损坏。
  • 同步方法：直接返回结果，阻塞事件循环，直到操作完成。适合简单场景或初始化阶段。
  • 示例：
    javascript try { const data = fs.readFileSync('input.txt', 'utf8'); console.log('文件内容：', data); } catch (err) { console.error('错误：', err); }
  • 同步方法不使用线程池，直接阻塞事件循环，适合脚本执行或单线程任务，但不推荐用于繁忙的服务器环境。

研究表明，异步方法是 Node.js 的核心特性，优先使用异步方法可以提高应用程序的性能和响应性。

文件模式与权限

fs 模块支持文件模式（mode）设置，常用在 fs.chmod() 和 fs.chmodSync() 中。模式使用八进制数表示权限，基于 POSIX 标准。以下是常用常量：

常量八进制值描述
fs.constants.S_IRUSR0o400所有者可读
fs.constants.S_IWUSR0o200所有者可写
fs.constants.S_IXUSR0o100所有者可执行/搜索
fs.constants.S_IRGRP0o40组可读
fs.constants.S_IWGRP0o20组可写
fs.constants.S_IXGRP0o10组可执行/搜索
fs.constants.S_IROTH0o4其他人可读
fs.constants.S_IWOTH0o2其他人可写
fs.constants.S_IXOTH0o1其他人可执行/搜索

示例：

fs.chmod('file.txt', 0o666, (err) => {
  if (err) throw err;
  console.log('权限修改成功');
});

这将文件权限设置为所有者、组和其他人都可读写（0666）。

性能与安全考虑

  • 性能：异步方法通过 Node.js 的事件循环和线程池实现高效的 I/O 操作，但需注意线程池大小（默认 UV_THREADPOOL_SIZE=4）。文件流操作适合大文件，highWaterMark 可根据文件大小调整。
  • 安全：在处理用户输入时，需注意文件路径注入攻击，使用 path.join 或 path.resolve 规范化路径。Windows 和 Unix-like 系统在文件路径和权限上有差异，需根据平台调整代码。
  • 跨平台：Windows 支持 UNC 路径（\server\share），而 Unix-like 系统使用 / 分隔符。需注意路径格式化以确保兼容性。

应用场景与示例

fs 模块广泛用于文件操作、数据持久化和网络文件传输等场景。以下是一个完整的示例，展示了文件读取、写入和删除的操作：

const fs = require('fs');

// 异步写入文件
fs.writeFile('example.txt', 'Hello, Node.js!', (err) => {
  if (err) throw err;
  console.log('文件写入成功');
});

// 异步读取文件
fs.readFile('example.txt', 'utf8', (err, data) => {
  if (err) throw err;
  console.log('文件内容：', data);
});

// 异步删除文件
fs.unlink('example.txt', (err) => {
  if (err) throw err;
  console.log('文件删除成功');
});

此外，处理大文件时，可以使用文件流：

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

readStream.pipe(writeStream);

总结与参考资源

Node.js 的 fs 模块是处理文件系统的核心工具，提供了丰富的 API 和灵活的操作方式。开发者应根据场景选择异步或同步方法，并注意性能和安全问题。以下为参考资源：

本文基于 2025 年 7 月 28 日的最新信息，确保内容准确性和时效性。

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