NIO复习(2)：channel
- 2020 年 2 月 25 日
- 筆記
上篇学习了NIO的buffer，继续来学习channel，类图如下(注：为了不让图看起来太复杂，隐藏了一些中间的接口)
Channel派生了很多子接口，其中最常用的有FileChannel(用于文件操作)以及SocketChannel、ServerSocketChannel(用于网络通讯)，下面用几段示例代码学习其基本用法：
一、文件写入
1.1 入门示例
public static void fileWriteReadSimpleDemo() throws IOException { String filePath = "/tmp/yjmyzz.txt"; //文件写入 String fileContent = "菩提树下的杨过"; FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(filePath); FileChannel writeChannel = outputStream.getChannel(); ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); byteBuffer.put(fileContent.getBytes()); byteBuffer.flip();//别忘记了，反转position，否则此时position已经移到最后1个有效字符处，下一行将读不到数据 //缓冲区的数据，通过channel写入文件 writeChannel.write(byteBuffer); writeChannel.close(); //文件读取 File file = new File(filePath); FileInputStream inputStream = new FileInputStream(file); FileChannel readChannel = inputStream.getChannel(); //注：这里要重新指定实际大小，否则byteBuffer前面初始化成1024长度，文件内容不足1024字节， // 后面的空余部分全是默认0填充，最终转换成字符串时，填充的0，也会转换成不可见字符输出 byteBuffer = ByteBuffer.allocate((int) file.length()); readChannel.read(byteBuffer); System.out.println(new String(byteBuffer.array())); readChannel.close(); }
FileOutputStream类中内嵌了一个FileChannel的实例，通过getChannel()方法可以获取引用。写文件缓冲区初始化时，如何设置正确的大小，这个不太好掌握，设置太大浪费内存，设置太小又装不下，正确姿势可参考下面的示例2
1.2 缓冲区不够大时循环写入
public static void writeFileDemo() throws IOException { String fileContent = "菩提树下的杨过(http://yjmyzz.cnblogs.com/)nn" + "送柴侍御n" + "【作者】王昌龄 【朝代】唐n" + "沅水通波接武冈，送君不觉有离伤。n" + "青山一道同云雨，明月何曾是两乡。n"; //故意设置一个很小的缓冲区，演示缓冲区不够大的情况 ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(5); String filePath = "/tmp/yjmyzz.txt"; FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(filePath); FileChannel writeChannel = outputStream.getChannel(); //将文件内容，按缓冲区大小拆分成一段段写入 byte[] src = fileContent.getBytes(); int pages = (src.length % byteBuffer.capacity() == 0) ? (src.length / byteBuffer.capacity()) : (src.length / byteBuffer.capacity() + 1); for (int i = 0; i < pages; i++) { int start = i * byteBuffer.capacity(); int end = Math.min(start + byteBuffer.capacity() - 1, src.length - 1); for (int j = start; j <= end; j++) { byteBuffer.put(src[j]); } byteBuffer.flip(); writeChannel.write(byteBuffer); //记得清空 byteBuffer.clear(); } writeChannel.close(); }
注意：文件读取时，直接通过File对象的length可以提前知道缓冲的大小，能精确指定Buffer大小，不需要类似这么复杂的循环处理。
二、文件复制
public static void copyFileDemo() throws IOException { String srcFilePath = "/tmp/yjmyzz.txt"; File srcFile = new File(srcFilePath); String targetFilePath = "/tmp/yjmyzz.txt.bak"; FileInputStream inputStream = new FileInputStream(srcFile); FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(targetFilePath); FileChannel inputChannel = inputStream.getChannel(); FileChannel outputChannel = outputStream.getChannel(); //文件复制 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate((int) srcFile.length()); inputChannel.read(buffer); buffer.flip(); outputChannel.write(buffer); //也可以用这一行，搞定文件复制（推荐使用） // outputChannel.transferFrom(inputChannel, 0, srcFile.length()); inputChannel.close(); outputChannel.close(); }
三、文件修改
场景：某个文件需要把最后1个汉字，修改成其它字。先写一段代码，生成测试用的文件
public static void writeLargeFile() throws IOException { String content = "12345678-abcdefg-菩提树下的杨过n"; String filePath = "/tmp/yjmyzz.txt"; FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(filePath); FileChannel writeChannel = outputStream.getChannel(); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(128); buffer.put(content.getBytes()); for (int i = 0; i < 10; i++) { buffer.flip(); writeChannel.write(buffer); } writeChannel.close(); }
运行完后，测试文件中的内容如下：
12345678-abcdefg-菩提树下的杨过 12345678-abcdefg-菩提树下的杨过 12345678-abcdefg-菩提树下的杨过 12345678-abcdefg-菩提树下的杨过 12345678-abcdefg-菩提树下的杨过 12345678-abcdefg-菩提树下的杨过 12345678-abcdefg-菩提树下的杨过 12345678-abcdefg-菩提树下的杨过 12345678-abcdefg-菩提树下的杨过 12345678-abcdefg-菩提树下的杨过
3.1 常规方法示例
public static void modify1() throws IOException { String filePath = "/tmp/yjmyzz.txt"; File file = new File(filePath); FileInputStream inputStream = new FileInputStream(file); FileChannel inputChannel = inputStream.getChannel(); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate((int) file.length()); byte[] tempBytes = "佛".getBytes(); inputChannel.read(buffer); buffer.flip(); //修改最后1个汉字 for (int i = 0; i < tempBytes.length; i++) { //最后有一个回车符，然后汉字utf-8占3个字节，所以这里要减4，才是最后1个汉字 int j = buffer.limit() - 4 + i; buffer.put(j, tempBytes[i]); } FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(filePath); FileChannel outputChannel = outputStream.getChannel(); outputChannel.write(buffer); inputChannel.close(); outputChannel.close(); }
运行完后，从下面的截图可以看到，测试最后1个字，从“过”变成了“佛”：
这个方法，对于小文件而言没什么问题，但如果文件是一个几G的巨无霸，会遇到2个问题:
首先是allocate方法，只接受int型参数，对于几个G的大文件，File.length很有可能超过int范围，无法分配足够大的缓冲。其次，就算放得下，几个G的内容全放到内存中，也很可能造成OOM，所以需要其它办法。
3.2 利用RandomAccessFile及Channel.map修改文件
public static void modify2() throws IOException { String filePath = "/tmp/yjmyzz.txt"; RandomAccessFile file = new RandomAccessFile(filePath, "rw"); FileChannel channel = file.getChannel(); //将最后一个汉字映射到内存中 MappedByteBuffer mappedByteBuffer = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, file.length() - 4, 3); byte[] lastWordBytes = "新".getBytes(); //这样就直接在内存中修改了文件，不再需要调用channel.write mappedByteBuffer.put(lastWordBytes); channel.close(); }
这个方法相对就高级多了，RandomAccessFile类是File类的加强版，允许以游标的方式，直接读取文件的某一部分，另外Channel.map方法，可以直接将文件中的某一部分映射到内存，在内存中直接修MappedByteBuffer后，文件内容就相应的修改了。
值得一提的是，从上面调试的截图来看，FileChannel.map方法返回的MappedByteBuffer，真实类型是它下面派生的子类DirectByteBuffer，这是“堆外”内存，不在JVM 自动垃圾回收的管辖范围。
参考文章：
https://docs.oracle.com/en/java/javase/13/docs/api/java.base/java/nio/channels/Channel.html
