FileChannel指南 - HelloWorld开发者社区

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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FileChannel和ByteBuffer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比标准I/O执行得更快。需要注意，虽然FileChannel是Java 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FileChannel、RandomAccessFile和ByteBuffer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-8和UTF-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。