Java開發筆記（九十二）文件通道的基本用法

前面介紹的各色流式IO在功能方面着實強大，處理文件的時候該具有的操做應有盡有，可流式IO在性能方面不盡如人意，它的設計原理使得實際運行效率偏低，爲此從Java4開始增長了NIO技術，經過全新的架構體系帶來了可觀的性能提高。
NIO是「Non-blocking IO」的縮寫，意思是非阻塞的IO，與之相對應，傳統的流式IO又被稱做BIO（「Blocking IO」的縮寫），意即阻塞的IO。所謂阻塞與非阻塞，提及來挺拗口，使人不知所云，這都是設計師腦殼短路惹的禍，發明了這麼難懂的詞彙，害得初學者一臉懵逼。其實阻塞與非阻塞的區別，猶如私家車與出租車的區別，私家車買回來之後只供車主一家開，沒開的時候要麼停在小區地庫，要麼停在公共停車場，其餘人是不能隨便坐上這部私家車的，如此一來私家車便處於阻塞模式，車門塞住了外人打不開。而出租車整日在街上穿行，有客人招手就停下來載客，開到目的地乘客下車，而後恢復空車狀態從新攬客，這樣出租車便處於非阻塞模式，車門沒塞住乘客打得開。顯然阻塞模式存在資源的極大浪費，一個資源分配給某人以後，即便無事可作也只能空在一邊閒得發慌；而非阻塞模式充分發揮了物盡其用的原則，一個資源用完以後立刻釋放，隨時容許下一我的接着使用。
非阻塞的NIO機制畫了一個高效的大餅，誰知對於文件來講倒是畫餅充飢，原來非阻塞模式只適用於網絡請求交互，而文件處理老是處於阻塞模式，想一想看，某個文件被A用戶打開以後，B用戶還能往該文件寫入數據嗎？很明顯即便A用戶打開文件後啥事都不作，B用戶也不能寫入該文件，緣於文件已經被A用戶霸佔了。之因此文件沒有非阻塞模式，是由於文件僅僅爲磁盤上的某個存儲片斷，它既不智能也不主動，更沒法進行任務調度，只能被動的打開和關閉。既然文件處理不支持非阻塞機制，難道NIO技術對文件來講形同虛設？固然事實並不是如此，要知道NIO技術不光光包括非阻塞機制，還包括文件通道、虛擬內存等等手段，可謂博大精深、不一而足。
先看文件通道，衆所周知，傳統的流式IO分爲輸入流與輸出流，輸入與輸出擁有各自的Stream工具，輸入流工具InputStream只能用來讀文件，輸出流工具OutputStream只能用來寫文件，兩者井水不犯河水。那若是打開文件以後，想要一下子讀一下子寫，輸入流和輸出流可得忙壞了，讀的時候招呼InputStream來個全套操做，寫的時候再招呼OutputStream來個全套操做，實在是勞民傷財。文件通道就不同，通道中的數據容許雙向流動，流進來意味着讀操做，流出去意味着寫操做，這樣文件的讀寫操做集中在文件通道里進行，大大節省了系統的資源開銷。在操做系統層面，通道是一種專職I/O操做的簡單處理器，它專門負責輸入輸出控制，使得CPU從繁瑣的I/O處理中解放出來，從而有效地提升整個系統的資源利用率。
文件通道對應的Java類型名叫FileChannel，它的建立方式主要有兩種，第一種要經過輸入輸出流，即調用輸入輸出流的getChannel方法獲取通道對象。好比下面代碼根據文件輸入流獲得了可讀的文件通道：

			// 第一種方式：根據文件輸入流得到可讀的文件通道
			FileChannel channel1 = new FileInputStream(mFileName).getChannel();

 

又以下面代碼根據文件輸出流獲得了可寫的文件通道：

			// 第一種方式：根據文件輸出流得到可寫的文件通道
			FileChannel channel2 = new FileOutputStream(mFileName).getChannel();

 

第二種方式則要經過隨機文件工具，仍舊調用隨機文件工具的getChannel方法獲取通道對象。此時文件通道對象的構建代碼示例以下：

			// 第二種方式：根據隨機訪問文件得到可讀的文件通道
			FileChannel channel1 = new RandomAccessFile(mFileName, "r").getChannel();
			// 第二種方式：根據隨機訪問文件得到可寫的文件通道
			FileChannel channel2 = new RandomAccessFile(mFileName,"rw").getChannel();

 

獲得文件通道對象以後，接着便能調用下列方法完成相應的文件處理動做：
isOpen：判斷文件通道是否打開。
size：獲取文件通道的大小（即文件長度）。
truncate：截斷文件大小到指定長度。
read：把文件通道中的數據讀到字節緩存。
write：往文件通道寫入字節緩存中的數據。
force：強制寫入磁盤，至關於緩存輸出流的flush方法。
close：關閉文件通道。
從以上方法列表可知，FileChannel至關於集成了FileInputStream和FileOutputStream，用起來更加方便。下面來個利用文件通道寫文件的代碼例子，同樣的簡潔明瞭：

	// 經過文件通道寫入文件
	private static void writeChannel() {
		String str = "春眠不覺曉，到處聞啼鳥。\n夜來風雨聲，花落知多少。";
		// 根據文件輸出流得到可寫的文件通道。注意文件通道支持try(...)的自動關閉操做
		try (FileChannel channel = new FileOutputStream(mFileName).getChannel()) {
			// 生成字符串對應的字節緩存對象
			ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(str.getBytes());
			channel.write(buffer); // 往文件通道寫入字節緩存
			//channel.force(true); // 強制寫入磁盤，至關於輸出流的flush方法
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

 

再來利用文件通道讀文件的代碼例子，具體以下所示：

	// 經過文件通道讀取文件
	private static void readChannel() {
		// 根據文件輸入流得到可讀的文件通道。注意文件通道支持try(...)的自動關閉操做
		try (FileChannel channel = new FileInputStream(mFileName).getChannel()) {
			int size = (int) channel.size(); // 獲取文件通道的大小（即文件長度）
			// 分配指定大小的字節緩存
			ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(size);
			channel.read(buffer); // 把文件通道中的數據讀到字節緩存
			buffer.flip(); // 把緩衝區從寫模式切換到讀模式。從緩衝區讀取數據以前，必須先調用flip方法
			byte[] bytes = new byte[size]; // 建立與文件大小相同長度的字節數組
			buffer.get(bytes); // 把字節緩存中的數據取到字節數組
			String content = new String(bytes); // 把字節數組轉換爲字符串
			System.out.println("content="+content);
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

 

看來文件通道在讀文件過程當中也使用了緩存，總體的代碼流程同緩存輸入流BufferedInputStream相似，只不過與FileChannel搭配的字節緩存ByteBuffer用着不太順手，彆着急，後面的文章將細細道來ByteBuffer的詳細用法。

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