本文介绍一种基于单一 FileNode 类的目录树设计，通过消除 File 与 Dir 的类分离，从根本上解决双向引用一致性、封装性破坏及并发修改难题，并提供可扩展、易维护的树操作接口。
本文介绍一种基于单一 `filenode` 类的目录树设计，通过消除 `file` 与 `dir` 的类分离，从根本上解决双向引用一致性、封装性破坏及并发修改难题，并提供可扩展、易维护的树操作接口。
在传统面向对象建模中，将文件（File）和目录（Dir）划分为两个独立类看似符合直觉，但实践中会引发一系列深层设计问题：双向引用（Dir 持有 File 列表，File 反向持有 Dir 父引用）导致状态同步逻辑分散；为维护树结构一致性，put(File) 和 delete() 等操作需跨类访问私有字段，迫使暴露 protected 成员或引入不合理的继承关系（如让 Dir 继承 File），违背里氏替换原则且造成内存与语义冗余。
更本质的问题在于：文件与目录在树形结构中的角色高度同质——它们都是具有父节点、子节点、路径位置和生命周期管理能力的“节点”。差异仅体现在运行时行为（如是否可拥有子节点）和底层 I/O 语义上，而非类型层级。因此，推荐采用统一抽象——FileNode，作为整个目录树的唯一实体类型。
public class FileNode {
private final String name;
private volatile FileNode parent; // 使用 volatile 保证可见性（适用于简单场景）
private final List<FileNode> children = new CopyOnWriteArrayList<>(); // 线程安全读多写少场景
private final boolean isDirectory;
public FileNode(String name, boolean isDirectory) {
this.name = Objects.requireNonNull(name);
this.isDirectory = isDirectory;
}
// 安全添加子节点（自动建立双向引用）
public void addChild(FileNode child) {
if (child == null) throw new IllegalArgumentException("Child cannot be null");
if (child.parent != null) {
child.parent.removeChild(child); // 先从原父节点解绑
}
children.add(child);
child.parent = this;
}
// 安全移除子节点（自动清理双向引用）
public void removeChild(FileNode child) {
if (children.remove(child)) {
child.parent = null;
}
}
// 删除自身（含自动从父节点解绑）
public void delete() {
FileNode p = this.parent;
if (p != null) {
p.removeChild(this);
}
// 若为目录，递归删除子节点（可根据需求改为惰性或异步处理）
if (isDirectory) {
children.forEach(FileNode::delete);
}
}
// 查询辅助方法
public boolean isDirectory() { return isDirectory; }
public String getName() { return name; }
public FileNode getParent() { return parent; }
public List<FileNode> getChildren() { return Collections.unmodifiableList(children); }
@Override
public boolean equals(Object o) {
if (this == o) return true;
if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
FileNode fileNode = (FileNode) o;
return Objects.equals(name, fileNode.name) &&
Objects.equals(parent, fileNode.parent);
}
@Override
public int hashCode() {
return Objects.hash(name, parent);
}
}✅ 关键设计优势说明：
- 封装性保障：所有父子/子节点关系变更均通过 addChild() / removeChild() 等受控方法完成，内部自动同步双向引用，外部无法绕过逻辑直接修改 parent 或 children。
- 一致性内建：addChild() 中主动解绑原父节点，避免“一个文件同时属于两个目录”的非法状态；delete() 方法原子性解除父引用并递归清理，杜绝悬挂节点。
- 并发友好：使用 CopyOnWriteArrayList 支持高并发读 + 低频写场景；parent 字段用 volatile 保证引用更新的线程可见性（若需更强一致性，可配合 ReentrantLock 或 StampedLock）。
- 可扩展性强：可通过 isDirectory() 动态判断行为分支；后续可轻松添加元数据（如大小、修改时间）、访问控制、事件监听等通用能力，无需修改类结构。
⚠️ 注意事项：
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- CopyOnWriteArrayList 适合读远多于写的场景（如遍历目录列表），若写操作频繁，建议改用 Collections.synchronizedList(new ArrayList()) 或 ConcurrentLinkedQueue（需自行处理顺序约束）。
- 实际生产环境应补充路径合法性校验（如禁止 ..、空名）、循环引用检测（addChild() 前检查是否为自身祖先）、以及异常安全处理（如 addChild() 中部分失败时的回滚）。
- 如需对接真实文件系统，可在 FileNode 中封装 java.nio.file.Path，并将 isDirectory() 委托给 Files.isDirectory(path)，实现逻辑与 I/O 关注点分离。
该设计以“少即是多”的哲学，用一个清晰、自洽、可验证的节点模型替代脆弱的双类协作，不仅解决了原始问题中的封装与一致性困境，更为后续支持事务性操作、快照、撤销/重做、分布式同步等高级特性打下坚实基础。
