如何深入探究NIO中FileChannel的使用原理及其方法？

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目录+前言+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+通讯之间数据传输+MappedByteBuffer+前言+我

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 WRITE, // 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 TRUNCATE_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getChannel()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的资料请关注自由互联其它相关文章！