NIO深入理解FileChannel使用方法原理

目录

• 前言
• FileChannel
• FileChannel的创建
• RandomAccessFile中的模式
• FileChannel操作文件
• 读文件操作
• 写文件操作
• 对文件的更新强制输出到底层存储设备
• 通道之间数据传输
• MappedByteBuffer

前言

前文我们已经了解了NIO的三大核心组件，本篇文章会详细介绍FileChannel中的使用方法和原理。

FileChannel

FileChannel是对一个文件读，写，映射，操作的Channel。FileChannel是线程安全的，可以被多个线程并发使用。同一个进程中的多个FileChannel看到的同一个文件的视图是相同的，由于底层操作系统执行的缓存和网络文件系统协议引起的延迟，不同进程中在同一时间看到的文件视图可能会不同。

FileChannel的类图如下，FileChannel是一个抽象类，它的具体实现是FileChannelImpl。

FileChannel的创建

获取FileChannel的方式有下面四种

• FileChannel.open()

直接调用FileChannel的open()方法，传入Path即可获得FileChannel

// 直接传入Path默认是只读FileChannel
FileChannel fileChannel = FileChannel.open(Path.of("./tmp/linshifu.txt"));
// 和直接传入Path相比，支持传入OpenOption数组
FileChannel channel = FileChannel.open(Path.of("./tmp/linshifu.txt"), StandardOpenOption.WRITE);

OpenOption是一个空接口，我们可以传入StandardOpenOption枚举，StandardOpenOption有如下值

public enum StandardOpenOption implements OpenOption {
    // 可读Channel
    READ,
    // 可写Channel
  开发者_JS学习  WRITpythonE,
    // 如果Channel是可写(WRITE)的，缓冲中的数据会从文件末尾开始写，而不是从头开始写
    APPEND,
    // 如果Channel是可写(WRITE)的，文件的长度会被置为0
    TRU编程客栈NCATE_EXISTING,
    // 如果文件不存在，则会创建一个新的文件，如果配置了CREATE，则CREATE_NEW会失效
    CREATE,
    // 创建换一个新的文件，如果文件已经存在，则会失败
    CREATE_NEW,
    // Channel关闭时删除
    DELETE_ON_CLOSE,
    // 稀疏文件
    SPARSE,
    // 要求对文件内容或元数据的每次更新都同步写入基础存储设备。
    SYNC,
    // 要求对文件内容的每次更新都同步写入基础存储设备。
    DSYNC;
}

• FileInputStream.getChannel()

通过FileInputStream的getChanhttp://www.devze.comnel()方法获取FileChannel

FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("./tmp/linshifu.txt");
FileChannel fileChannel = fileInputStream.getChannel();

FileInputStream创建的FileChannel不可写，只能读

• FileOutputStream.getChannel()

通过FileOutputStream的getChannel()方法获取FileChannel

FileOutputStream fileInputStream = new FileOutputStream("./tmp/linshifu.txt");
FileChannel fileChannel = fileInputStream.getChannel();

FileOutputStream创建FileChannel不可读，只能写

• RandoMACcessFile.getChannel()

通过RandomAccessFile的getChannel()方法获取FileChannel

RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("./tmp/linshifu.txt", "rw");
FileChannel fileChannel = file.getChannel();

RandomAccessFile中的模式

与OutputStream和InputStream不同的是创建RandomAccessFile需要传入模式，RandomAccessFile的模式也会影响到FileChannel，创建RandomAccessFile可以传入的模式有下面4种

• r

只读模式，创建的RandomAccessFile只能读，如果使用只读的RandomAccessFile创建的FileChannel写数据会抛出NonWritableChannelException

• rw

读写模式，创建的RandomAccessFile即可读，也可写

• rws

与rw一样，打开以进行读取和写入，并且还要求对文件内容编程客栈或元数据的每次更新同步写入基础存储设备

• rwd

与rw一样，打开以进行读取和写入，并且还要求对文件内容的每次更新都同步写入底层存储设备

FileChannel操作文件

读文件操作

读文件的方法有如下三个

// 从position位置读取ByteBuffer.capacity个byte，Channel的position向后移动capacity个位置
public abstract int read(ByteBuffer dst) throws IOException;
// 从传入的position开始读取ByteBuffer.capacity个byte，Channel的positon位置不变
public abstract int read(ByteBuffer dst, long position) throws IOException;
// 按顺序读取文件到ByteBuffer数组中，会将数据读取到ByteBuffer数组的[offset,offset+length)的ByteBuf子数组中
public abstract long read(ByteBuffer[] dsts, int offset, int length) throws IOException;

我们准备一个

写一个demo

写文件操作

// 从position开始写入ByteBuffer中的数据
public abstract int write(ByteBuffer src) throws IOException;
// 从position开始将ByteBuffer数组的[offset,offset+length)的ByteBuf子数组中的数据写入文件
public abstract long write(ByteBuffer[] srcs, int offset, int length) throws IOException;
// 从position开始将ByteBuffer数组中的数据写入文件
public final long write(ByteBuffer[] srcs) throws IOException {
    return write(srcs, 0, srcs.length);
}

写一个Demo

对文件的更新强制输出到底层存储设备

这种方式可以确保在系统崩缺时不会丢失数据，参数中的boolean表示刷盘时是否将文件元数据也同时写到磁盘上。

public abstract void force(boolean metaData) throws IOException;

通道之间数据传输

如果需要将FileChannel的数据快速传输到另一个Channel，可以使用transferTo和transFrom

// 将字节从此通道的文件传输到给定的可写字节通道
public abstract long transferTo(long position, long count,WritableByteChannel target) throws IOException;
// 将字节从给定的可读字节通道传输到此通道的文件中
public abstract long transferFrom(ReadableByteChannel src,long position, long count) throws IOException;

通常情况下我们要将一个通道的数据传到另一个通道。例如，从一个文件读取数据通过socket通道进行发送。比如通过http协议读取服务器上的一个静态文件，要经过下面几个阶段

• 将文件从硬盘拷贝到页缓冲区
• 从页缓冲区读拷贝到用户缓冲区
• 用户缓冲区的数据拷贝到socket内核缓冲区，最终再将socket内核缓冲区的数据拷贝到网卡中

当我们通过transferTo或者transferFrom在通道之间传输数据时，如果内核支持，则会使用零拷贝的方式传输数据

零拷贝技术可以避免将数据拷贝到用户空间中

MappedByteBuffer

MappedByteBuffer是NIO中应对的操作大文件的方式，它的读写性能极高，它是一种基于mmap的零拷贝方案，通常情况下可以映射出整个文件，如果文件比较大，也支持分段映射。这其初听起来似乎不过就是将整个文件读到内存中，但是事实上并不是这样。 一般来说，只有文件中实际读取或者写入的部分才会映射到内存中。

mmap通过内存映射，将文件映射到内核缓冲区，同时，用户空间可以共享内核空间的数据。这样在进行网络传输时，就可以减少内核空间到用户空间的拷贝次数。mmap需要4次上下文切换，3次数据拷贝。

MappedByteBuffer使用的是虚拟内存，因此分配(map)的内存大小不受JVM的-Xmx参数限制。

MappedByteBuffer使用的方式也比较简单，首先我们准备一个文件，文件内容如下所示，文件大小34B

我们利用MappedByteBuffer写一段代码，将上面文件的第一个字符改成a，代码如下

public static void main(String[] args) throws Exception {
    RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("./tmp/01.txt", "rw");
    MappedByteBuffer mbf = file.getChannel().map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, 1024);
    mbf.put(0, (byte) 'a');
    file.close();
}

执行完上面代码之后，这个文件的第一个字符确实被改成了a，但是在文字的末尾也多了很多奇怪的符号

再次查看文件，发现文件大小变为了1KB，我们在进编程客栈行文件映射时应当注意文件的position和size不应当超出文件的范围，否则可能导致"文件空洞"，磁盘上物理文件中写入数据间产生间隙。

以上就是NIO深入理解FileChannel的详细内容，更多关于NIO深入理解FileChannel的资料请关注我们其它相关文章！