Java开发笔记（九十二）文件通道的基本用法

忘是亡心i 2022-04-24 22:32 198阅读 0赞

前面介绍的各色流式IO在功能方面着实强大，处理文件的时候该具备的操作应有尽有，可流式IO在性能方面不尽如人意，它的设计原理使得实际运行效率偏低，为此从Java4开始增加了NIO技术，通过全新的架构体系带来了可观的性能提升。  
NIO是“Non-blocking IO”的缩写，意思是非阻塞的IO，与之相对应，传统的流式IO又被称作BIO（“Blocking IO”的缩写），意即阻塞的IO。所谓阻塞与非阻塞，说起来挺拗口，令人不知所云，这都是设计师脑袋短路惹的祸，发明了这么难懂的词汇，害得初学者一脸懵逼。其实阻塞与非阻塞的区别，犹如私家车与出租车的区别，私家车买回来以后只供车主一家开，没开的时候要么停在小区地库，要么停在公共停车场，其他人是不能随便坐上这部私家车的，如此一来私家车便处于阻塞模式，车门塞住了外人打不开。而出租车整日在街上穿行，有客人招手就停下来载客，开到目的地乘客下车，然后恢复空车状态重新揽客，这样出租车便处于非阻塞模式，车门没塞住乘客打得开。显然阻塞模式存在资源的极大浪费，一个资源分配给某人之后，即使无事可做也只能空在一边闲得发慌；而非阻塞模式充分发挥了物尽其用的原则，一个资源用完之后马上释放，随时允许下一个人接着使用。  
非阻塞的NIO机制画了一个高效的大饼，谁知对于文件来说却是画饼充饥，原来非阻塞模式只适用于网络请求交互，而文件处理总是处于阻塞模式，想想看，某个文件被A用户打开之后，B用户还能往该文件写入数据吗？很明显即使A用户打开文件后啥事都不做，B用户也不能写入该文件，缘于文件已经被A用户霸占了。之所以文件没有非阻塞模式，是因为文件仅仅为磁盘上的某个存储片段，它既不智能也不主动，更无法进行任务调度，只能被动的打开和关闭。既然文件处理不支持非阻塞机制，难道NIO技术对文件来说形同虚设？当然事实并非如此，要知道NIO技术不光光包括非阻塞机制，还包括文件通道、虚拟内存等等手段，可谓博大精深、不一而足。  
先看文件通道，众所周知，传统的流式IO分为输入流与输出流，输入与输出拥有各自的Stream工具，输入流工具InputStream只能用来读文件，输出流工具OutputStream只能用来写文件，二者井水不犯河水。那如果打开文件之后，想要一会儿读一会儿写，输入流和输出流可得忙坏了，读的时候招呼InputStream来个全套操作，写的时候再招呼OutputStream来个全套操作，实在是劳民伤财。文件通道就不一样，通道中的数据允许双向流动，流进来意味着读操作，流出去意味着写操作，这样文件的读写操作集中在文件通道里进行，大大节省了系统的资源开销。在操作系统层面，通道是一种专职I/O操作的简单处理器，它专门负责输入输出控制，使得CPU从繁琐的I/O处理中解放出来，从而有效地提高整个系统的资源利用率。  
文件通道对应的Java类型名叫FileChannel，它的创建方式主要有两种，第一种要通过输入输出流，即调用输入输出流的getChannel方法获取通道对象。比如下面代码根据文件输入流得到了可读的文件通道：

// 第一种方式：根据文件输入流获得可读的文件通道
    			FileChannel channel1 = new FileInputStream(mFileName).getChannel();
    又如下面代码根据文件输出流得到了可写的文件通道：
    			// 第一种方式：根据文件输出流获得可写的文件通道
    			FileChannel channel2 = new FileOutputStream(mFileName).getChannel();
    第二种方式则要通过随机文件工具，仍旧调用随机文件工具的getChannel方法获取通道对象。此时文件通道对象的构建代码示例如下：
    			// 第二种方式：根据随机访问文件获得可读的文件通道
    			FileChannel channel1 = new RandomAccessFile(mFileName, "r").getChannel();
    			// 第二种方式：根据随机访问文件获得可写的文件通道
    			FileChannel channel2 = new RandomAccessFile(mFileName,"rw").getChannel();

得到文件通道对象之后，接着便能调用下列方法完成相应的文件处理动作：  
isOpen：判断文件通道是否打开。  
size：获取文件通道的大小（即文件长度）。  
truncate：截断文件大小到指定长度。  
read：把文件通道中的数据读到字节缓存。  
write：往文件通道写入字节缓存中的数据。  
force：强制写入磁盘，相当于缓存输出流的flush方法。  
close：关闭文件通道。  
从以上方法列表可知，FileChannel相当于集成了FileInputStream和FileOutputStream，用起来更加方便。下面来个利用文件通道写文件的代码例子，一样的简洁明了：

// 通过文件通道写入文件
    private static void writeChannel() {
    	String str = "春眠不觉晓，处处闻啼鸟。\n夜来风雨声，花落知多少。";
    	// 根据文件输出流获得可写的文件通道。注意文件通道支持try(...)的自动关闭操作
    	try (FileChannel channel = new FileOutputStream(mFileName).getChannel()) {
    		// 生成字符串对应的字节缓存对象
    		ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(str.getBytes());
    		channel.write(buffer); // 往文件通道写入字节缓存
    		//channel.force(true); // 强制写入磁盘，相当于输出流的flush方法
    	} catch (Exception e) {
    		e.printStackTrace();
    	}
    }

再来利用文件通道读文件的代码例子，具体如下所示：

// 通过文件通道读取文件
    private static void readChannel() {
    	// 根据文件输入流获得可读的文件通道。注意文件通道支持try(...)的自动关闭操作
    	try (FileChannel channel = new FileInputStream(mFileName).getChannel()) {
    		int size = (int) channel.size(); // 获取文件通道的大小（即文件长度）
    		// 分配指定大小的字节缓存
    		ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(size);
    		channel.read(buffer); // 把文件通道中的数据读到字节缓存
    		buffer.flip(); // 把缓冲区从写模式切换到读模式。从缓冲区读取数据之前，必须先调用flip方法
    		byte[] bytes = new byte[size]; // 创建与文件大小相同长度的字节数组
    		buffer.get(bytes); // 把字节缓存中的数据取到字节数组
    		String content = new String(bytes); // 把字节数组转换为字符串
    		System.out.println("content="+content);
    	} catch (Exception e) {
    		e.printStackTrace();
    	}
    }

看来文件通道在读文件过程中也使用了缓存，整体的代码流程同缓存输入流BufferedInputStream类似，只不过与FileChannel搭配的字节缓存ByteBuffer用着不太顺手，别着急，后面的文章将细细道来ByteBuffer的详细用法。

更多Java技术文章参见《[Java开发笔记（序）章节目录][Java]》

[Java]: https://blog.csdn.net/pinlantu/article/details/83957672