Java NIO之FileChannel 详解

关键点说明

  1. 文件打开选项：

    • StandardOpenOption.CREATE - 文件不存在时创建

    • StandardOpenOption.READ/WRITE - 读写权限

    • StandardOpenOption.APPEND - 追加模式

    • StandardOpenOption.TRUNCATE_EXISTING - 清空已存在文件

  2. 缓冲区操作：

    • ByteBuffer.wrap() 包装现有字节数组

    • buffer.flip() 切换读写模式

    • 直接操作缓冲区提高性能

  3. 高效文件复制：

    • transferTo()/transferFrom() 方法比传统流复制更高效

  4. 资源管理：

    • 使用try-with-resources确保通道自动关闭

    • 文件锁需要显式释放

这些示例展示了FileChannel的基本读写操作、文件锁的使用以及内存映射文件的高效操作，可以根据实际需求进行调整和扩展。

1. 基本文件读写示例

import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;public class FileChannelDemo {public static void main(String[] args) {String filePath = "test.txt";// 写入文件writeToFile(filePath, "Hello, FileChannel!");// 读取文件String content = readFromFile(filePath);System.out.println("文件内容: " + content);// 追加内容appendToFile(filePath, "\n这是追加的内容");// 再次读取System.out.println("追加后的内容: " + readFromFile(filePath));// 文件复制copyFile(filePath, "test_copy.txt");System.out.println("复制文件内容: " + readFromFile("test_copy.txt"));}// 写入文件（覆盖）public static void writeToFile(String filePath, String content) {try (FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get(filePath),StandardOpenOption.CREATE,StandardOpenOption.WRITE,StandardOpenOption.TRUNCATE_EXISTING)) {ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(content.getBytes());channel.write(buffer);System.out.println("写入文件成功");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}// 读取文件public static String readFromFile(String filePath) {try (FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get(filePath),StandardOpenOption.READ)) {ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate((int) channel.size());channel.read(buffer);buffer.flip();return new String(buffer.array(), 0, buffer.limit());} catch (IOException e) {e.printStackTrace();return null;}}// 追加内容到文件public static void appendToFile(String filePath, String content) {try (FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get(filePath),StandardOpenOption.WRITE,StandardOpenOption.APPEND)) {ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(content.getBytes());channel.write(buffer);System.out.println("追加内容成功");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}// 文件复制public static void copyFile(String sourcePath, String targetPath) {try (FileChannel source = FileChannel.open(Paths.get(sourcePath),StandardOpenOption.READ);FileChannel target = FileChannel.open(Paths.get(targetPath),StandardOpenOption.CREATE,StandardOpenOption.WRITE,StandardOpenOption.TRUNCATE_EXISTING)) {// 使用transferTo进行高效的文件复制source.transferTo(0, source.size(), target);System.out.println("文件复制成功");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

2. 使用文件锁的读写示例

import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.FileLock;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;public class FileChannelWithLockDemo {public static void main(String[] args) {String filePath = "locked_file.txt";// 线程1 - 写入数据new Thread(() -> {writeWithLock(filePath, "线程1写入的数据");}).start();// 线程2 - 尝试写入new Thread(() -> {writeWithLock(filePath, "线程2写入的数据");}).start();}public static void writeWithLock(String filePath, String content) {try (FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get(filePath),StandardOpenOption.CREATE,StandardOpenOption.WRITE,StandardOpenOption.APPEND)) {// 尝试获取排他锁System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 尝试获取文件锁...");FileLock lock = channel.lock();try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获取到文件锁");// 模拟耗时操作Thread.sleep(2000);// 写入数据ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap((content + "\n").getBytes());channel.write(buffer);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 写入完成");} finally {lock.release();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 释放文件锁");}} catch (IOException | InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}
}

3.内存映射文件示例

import java.io.IOException;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;public class MemoryMappedFileDemo {public static void main(String[] args) {String filePath = "mapped_file.txt";// 写入内存映射文件writeMappedFile(filePath, "这是内存映射文件的内容");// 读取内存映射文件readMappedFile(filePath);}public static void writeMappedFile(String filePath, String content) {try (FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get(filePath),StandardOpenOption.READ,StandardOpenOption.WRITE,StandardOpenOption.CREATE)) {// 创建内存映射MappedByteBuffer buffer = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, content.getBytes().length);// 直接操作内存buffer.put(content.getBytes());System.out.println("内存映射文件写入完成");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}public static void readMappedFile(String filePath) {try (FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get(filePath),StandardOpenOption.READ)) {MappedByteBuffer buffer = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, channel.size());byte[] bytes = new byte[(int) channel.size()];buffer.get(bytes);System.out.println("读取到的内容: " + new String(bytes));} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

FileChannel的lock详解

一、文件锁的基本概念

文件锁分为两种类型：

  1. 排他锁（独占锁）：

    • 同一时间只能有一个进程持有

    • 其他进程无法获取任何类型的锁

  2. 共享锁（读锁）：

    • 可以被多个进程同时持有

    • 但只要有进程持有共享锁，就不能获取排他锁

二、lock()方法的使用

1. 基本锁定方式

FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get("test.txt"), StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.WRITE);// 获取排他锁（默认）
FileLock exclusiveLock = channel.lock();// 获取共享锁（第三个参数为true）
FileLock sharedLock = channel.lock(0, Long.MAX_VALUE, true);

2. 方法参数说明

public final FileLock lock(long position, long size, boolean shared)

  • position：锁定区域的起始位置

  • size：锁定区域的大小(比特)

  • shared：是否为共享锁（true=共享锁，false=排他锁）

3.非阻塞尝试锁定

FileLock tryLock = channel.tryLock(); // 非阻塞版本
if (tryLock == null) {// 获取锁失败
}
tryLock.release()

四、注意事项

  1. 锁的有效性：

    • 文件锁是建议性的（advisory），不是强制性的

    • 只有遵守锁协议的进程才会受锁影响

    • 操作系统可能有不同的实现方式

  2. 性能考虑：

    • 频繁获取/释放锁会影响性能

    • 锁定大文件区域可能降低并发性

  3. 异常处理：

    • OverlappingFileLockException：当请求的锁区域与现有锁重叠时抛出

    • NonWritableChannelException：尝试在只读通道上获取排他锁

  4. 平台差异：

    • Windows系统上的实现与Unix-like系统不同

    • 某些网络文件系统可能不支持文件锁

五、适用场景

  1. 多进程共享文件访问控制

  2. 防止文件被多个写入者同时修改

  3. 实现简单的进程间同步机制

  4. 保护关键配置文件不被并发修改

正确使用FileChannel的锁机制可以有效地管理对共享文件的并发访问，保证数据的一致性和完整性。

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