FileChannel指南

Stella981
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FileChannel指南

原文链接:https://www.baeldung.com/java-filechannel

作者:baeldung

译者:Leesen

1.概述

在这篇速学教程中,我们将研究Java NIO库中提供的FileChannel类,讨论如何使用FileChannelByteBuffer读写数据,探讨使用FileChannel以及其他文件操作特性的优点。

2.FileChannel的优点

FileChannel的优点包括:

  • 在文件特定位置进行读写操作
  • 将文件一部分直接加载到内存,这样效率更高
  • 以更快的速度将文件数据从一个通道传输到另一个通道
  • 锁定文件的某一部分来限制其他线程访问
  • 为了避免数据丢失,强制立即将更新写入文件并存储

3.FileChannel读操作

当我们读取一个大文件时,FileChannel标准I/O执行得更快。需要注意,虽然FileChannelJava NIO的一部分,但是FileChannel操作是阻塞的,并且没有非阻塞模式。

3.1.使用FileChannel读取文件

先了解如何使用FileChannel读取一个文件,该文件包含:

 Hello world

下面测试读取文件,并检查是否ok:

@Test
public void givenFile_whenReadWithFileChannelUsingRandomAccessFile_thenCorrect() throws IOException { try (RandomAccessFile reader = new RandomAccessFile("src/test/resources/test_read.in", "r"); FileChannel channel = reader.getChannel(); ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream()) { int bufferSize = 1024; if (bufferSize > channel.size()) { bufferSize = (int) channel.size(); } ByteBuffer buff = ByteBuffer.allocate(bufferSize); while (channel.read(buff) > 0) { out.write(buff.array(), 0, buff.position()); buff.clear(); } String fileContent = new String(out.toByteArray(), StandardCharsets.UTF_8); assertEquals("Hello world", fileContent); } } 

这里使用FileChannelRandomAccessFileByteBuffer从文件中读取字节。还应该注意,多个并发线程可以安全地使用FileChannel。但是,每次只允许一个线程执行涉及更新通道位置(channel position)或更改其文件大小的操作。这会阻止其他试图执行类似操作的线程,直到前一个操作完成。
但是,显式提供通道位置的操作可以并发运行且不会被阻塞。

3.2.打开FileChannel

为了使用FileChannel读取文件,我们必须打开它(Open FileChannel)。看看如何使用RandomAccessFile打开FileChannel:

RandomAccessFile reader = new RandomAccessFile(file, "r");
FileChannel channel = reader.getChannel();

模式“r”表示通道仅为“只读“,注意,关闭RandomAccessFile也将关闭与之关联的通道。
接下来,使用FileInputStream打开一个FileChannel来读取文件:

FileInputStream fin= new FileInputStream(file);
FileChannel channel = fin.getChannel();

同样的,关闭FileInputStream也会关闭与之相关的通道。

3.3.从FileChannel中读取数据

为了读取数据,我们可以使用只读模式。接下来看看如何读取字节序列,我们将使用ByteBuffer来保存数据:

ByteBuffer buff = ByteBuffer.allocate(1024);
int noOfBytesRead = channel.read(buff);
String fileContent = new String(buff.array(), StandardCharsets.UTF_8);

assertEquals("Hello world", fileContent);

然后,我们将看到如何从文件某个位置开始读取一个字节序列:

ByteBuffer buff = ByteBuffer.allocate(1024);
int noOfBytesRead = channel.read(buff, 5);
String fileContent = new String(buff.array(), StandardCharsets.UTF_8);
assertEquals("world", fileContent); 

我们应该注意:需要使用字符集(Charset)将字节数组解码为字符串
我们指定原始编码字节的字符集。没有它,我们可能会以断章取义的文字结束。特别是像UTF-8UTF-16这样的多字节编码可能无法解码文件的任意部分,因为一些多字节字符可能是不完整的。

4.FileChannel写操作

4.1.使用FileChannel写入文件

我们来探究下如何使用FileChannel写:

@Test
public void whenWriteWithFileChannelUsingRandomAccessFile_thenCorrect() throws IOException { String file = "src/test/resources/test_write_using_filechannel.txt"; try (RandomAccessFile writer = new RandomAccessFile(file, "rw"); FileChannel channel = writer.getChannel()){ ByteBuffer buff = ByteBuffer.wrap("Hello world".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)); channel.write(buff); // verify RandomAccessFile reader = new RandomAccessFile(file, "r"); assertEquals("Hello world", reader.readLine()); reader.close(); } } 

4.2.打开FileChannel

要使用FileChannel写入文件,必须先打开它。使用RandomAccessFile打开一个FileChannel:

RandomAccessFile writer = new RandomAccessFile(file, "rw");
FileChannel channel = writer.getChannel();

模式“rw”表示通道为“读写”。
使用FileOutputStream打开FileChannel:

FileOutputStream fout = new FileOutputStream(file);
FileChannel channel = fout.getChannel();

4.3.FileChannel写入数据

使用FileChannel写数据,可以使用其中的某个写方法。
我们来看下如何写一个字节序列,使用ByteBuffer来存储数据:

ByteBuffer buff = ByteBuffer.wrap("Hello world".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
channel.write(buff);

接下来,我们将看到如何从文件某个位置开始写一个字节序列:

ByteBuffer buff = ByteBuffer.wrap("Hello world".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
channel.write(buff, 5);

5.当前位置

FileChannel允许我们获得和改变读或写的位置(position)。获得当前的位置:

long originalPosition = channel.position();

设置位置:

channel.position(5);
assertEquals(originalPosition + 5, channel.position());

6.获取文件大小

使用FileChannel.size方法获取文件大小(以字节为单位):

@Test
public void whenGetFileSize_thenCorrect() throws IOException { RandomAccessFile reader = new RandomAccessFile("src/test/resources/test_read.in", "r"); FileChannel channel = reader.getChannel(); // the original file size is 11 bytes. assertEquals(11, channel.size()); channel.close(); reader.close(); } 

7.截断文件

使用FileChannel.truncate方法将文件截断为给定的大小(以字节为单位):

@Test
public void whenTruncateFile_thenCorrect() throws IOException { String input = "this is a test input"; FileOutputStream fout = new FileOutputStream("src/test/resources/test_truncate.txt"); FileChannel channel = fout.getChannel(); ByteBuffer buff = ByteBuffer.wrap(input.getBytes()); channel.write(buff); buff.flip(); channel = channel.truncate(5); assertEquals(5, channel.size()); fout.close(); channel.close(); } 

8.强制更新

由于性能原因,操作系统可能缓存文件更改,如果系统崩溃,数据可能会丢失。要强制文件内容和元数据不断写入磁盘,我们可以使用force方法:

channel.force(true);

仅当文件存储在本地设备上时,才能保证该方法有效。

9.将文件部分加载到内存

使用FileChannel.map方法将文件的部分加载到内存中。使用FileChannel.MapMode.READ_ONLY以只读模式打开文件:

@Test
public void givenFile_whenReadAFileSectionIntoMemoryWithFileChannel_thenCorrect() throws IOException { try (RandomAccessFile reader = new RandomAccessFile("src/test/resources/test_read.in", "r"); FileChannel channel = reader.getChannel(); ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream()) { MappedByteBuffer buff = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 6, 5); if(buff.hasRemaining()) { byte[] data = new byte[buff.remaining()]; buff.get(data); assertEquals("world", new String(data, StandardCharsets.UTF_8)); } } } 

类似地,可以使用FileChannel.MapMode.READ_WRITE以读写模式打开文件。还可以使用FileChannel.MapMode.PRIVATE模式,该模式下,更改不应用于原始文件。

10.锁定文件部分

来看下如何锁定文件某一部分,使用FileChannel.tryLock方法阻止对文件某一部分进行高并发访问。

@Test
public void givenFile_whenWriteAFileUsingLockAFileSectionWithFileChannel_thenCorrect() throws IOException { try (RandomAccessFile reader = new RandomAccessFile("src/test/resources/test_read.in", "rw"); FileChannel channel = reader.getChannel(); FileLock fileLock = channel.tryLock(6, 5, Boolean.FALSE )){ //do other operations... assertNotNull(fileLock); } } 

tryLock方法尝试获取文件部分(file section)上的锁。如果请求的文件部分已被另一个线程阻塞,它将抛出一个OverlappingFileLockException异常。此方法还接受Boolean参数来请求共享锁或独占锁。
我们应该注意到,有些操作系统可能不允许共享锁,默认情况下是独占锁。

11.FileChannel关闭

最后,当使用FileChannel时,必须关闭它。在示例中,我们使用了try-with-resources
如果有必要,我们可以直接使用FileChannel.close方法:

channel.close();

12.总结

在本教程中,我们了解了如何使用FileChannel读取和写入文件。此外,我们还研究了如何读取和更改文件大小及其当前读/写位置,并研究了如何在并发应用程序或数据关键应用程序中使用FileChannel
与往常一样,示例的源代码可以在GitHub上找到。

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