NIO之FileChannel

kafka顺序写盘用的就是FileChannel类实现

FileChannel优势：

• 多线程并发读写，并发性；

• IO读写性能提高（OS负责），也可引做共享内存，减少IO操作，提升并发性；

• 应用crash，保证这部分内容还能写的进去文件。在我们调用channel.write(bytebuffer)之后，具体何时写入磁盘、bytebuffer中内容暂存于哪里（os cache）等相关一系列问题，就交由OS本身负责了

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FileChannel就是连接到文件的Channel。使用FileChannel，你可以读取文件数据，以及往文件里面写入数据。Java NIO的FileChannel是使用标准Java IO读取文件的一种替代方案。

FileChannel不能被设置非阻塞模式，它总是以阻塞模式运行。

Opening a FileChannel

在你使用FileChannel前，你必须先打开它。你不能直接打开一个FileChannel。你必须通过一个InputStream、OutputStream或者RandomAccessFile来获得一个FileChannel。以下是如何通过一个RandomAccessFile来获得FileChannel的示例：

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

Reading Data from a FileChannel

为了从FileChannel读取数据，你需要调用其read()方法。如下：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buf);

首先分配一个Buffer，从FileChannel读取的数据将被读入Buffer。

然后调用FileChannel.read()方法。这个方法将数据从FileChannel读入Buffer。read()方法返回的int代表着有多少数据被读入了Buffer。如果返回-1，代表着已经读到文件结尾。

Writing Data to a FileChannel

要将数据写入FileChannel，你需要调用带有一个Buffer类型参数的FileChannel.write()方法。如下：

String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
buf.put(newData.getBytes());

buf.flip();

while (buf.hasRemaining()) {
    channel.write(buf);
}

注意在while-循环里面调用的FileChannel.write()方法。我们无法保证每次write()方法向Channel写了多少字节。因此我们重复调用write()直至没有数据可写为止。

Closing a FileChannel

当时使用完FileChannel后，你必须关闭它。如下：

channel.close();

FileChannel Position

当读取或写入FileChannel时，需要在特定position执行。你可以通过调用position()方法来获得FileChannel的当前position。

你还可以通过调用position(long pos)来设置FileChannel的position。

以下是两个例子：

long pos = channel.position();
channel.position(pos + 123);

如果你设置的position超过了文件的大小，并且尝试从Channel读取数据，则会返回-1代表文件结尾。

如果你设置的position超过了文件的大小，并且尝试往Channel写入数据，文件会自动扩张至能放下position以及写入的数据。这个可能导致"file hole"，即磁盘上的物理文件在写入的数据中存在漏洞（即中间有一段完全没有任何数据）。

FileChannel Size

FileChannel的size()方法返回这个Channel连接的文件大小。如下：

long fileSize = channel.size();

FileChannel Truncate

通过调用FileChannel.truncate()方法，你可以truncate一个文件。当你truncate一个文件，你会把其截断为指定的长度。如下：

channel.truncate(1024);

这个例子将文件截断为1024字节。

FileChannel Force

FileChannel.force()方法会将Channel里面还未写入的数据全部刷新到磁盘。操作系统可能会将数据缓存在内存里以提升性能，因此我们无法保证你写入Channel的数据都被写到了磁盘，直到你调用force()方法。

force()方法有一个boolean类型的参数，代表是否将文件元数据（比如权限等）也刷新到磁盘。

以下是刷新数据以及元数据到磁盘的例子：

channel.force(true);

 

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概述

对于文件的复制，平时我们都是使用输入输出流进行操作，利用源文件创建出一个输入流，然后利用目标文件创建出一个输出流，最后将输入流的数据读取写入到输出流中。这样也是可以进行操作的。但是利用fileChannel是很有用的一个方式。它能直接连接输入输出流的文件通道，将数据直接写入到目标文件中去。而且效率更高。

FileChannel类

FileChannel是一个用读写，映射和操作一个文件的通道。出了读写操作之外，还有裁剪特定大小文件truncate()，强制在内存中的数据刷新到硬盘中去force()，对通道上锁lock()等功能。

他们的使用分别如下面代码：

ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
//读取1024字节内容到byteBuffer钟
fileChannelInput.read(byteBuffer);

解释：上面代码首先创建一个1024大小的缓冲对象，然后在输入通道中读取1024大小数据，放入到缓冲对象中。

byteBuffer.clear();
byteBuffer.put("需要写入的数据".getBytes());
//类似于flush()函数功能，将buffer里面的数据刷新出去
byteBuffer.flip();
//检查是否还有数据未写入
while (byteBuffer.hasRemaining()) fileChannelOutput.write(byteBuffer);

解释：上面的代码是将一段字符串写入到输出文件通道中，因为写入的时候并不保证能一次性写入到文件中，所以需要进行判断是否全部写入，如果没有需要再次调用写入函数操作

//获取文件通道位置
fileChannelInput.position();
fileChannelInput.size();
//截取内容
fileChannelInput.truncate(1024);
//强制刷新数据到硬盘
fileChannelInput.force(true);

解释：上面的代码是获取文件通道的位置和大小。truncate()方法是截取1024大小的数据，指定长度后面的部分将被删除。以及将数据强制刷新到硬盘中，因为系统会将数据先保存在内存中，不保证数据会立即写入到硬盘中，所以有这个需求，就可以直接强制数据写入内存中。

使用

说那么多可能没用，我们还是直接来看看分别使用两种方法进行文件复制的对比。

首先是普通的输入输出流进行复制文件：

/**
     * 普通的文件复制方法
     *
     * @param fromFile 源文件
     * @param toFile 目标文件
     * @throws FileNotFoundException 未找到文件异常
     */
    public void fileCopyNormal(File fromFile, File toFile) throws FileNotFoundException {
        InputStream inputStream = null;
        OutputStream outputStream = null;
        try {
            inputStream = new BufferedInputStream(new FileInputStream(fromFile));
            outputStream = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(toFile));
            byte[] bytes = new byte[1024];
            int i;
//读取到输入流数据，然后写入到输出流中去，实现复制
            while ((i = inputStream.read(bytes)) != -1) {
                outputStream.write(bytes, 0, i);
　　}
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if (inputStream != null)
                    inputStream.close();
                if (outputStream != null)
                    outputStream.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
　　　　}
　　}

解释：在上面的代码中，传入源文件和目标文件两个参数，然后根据两个文件，分别出具输入输出流，然后将输入流的数据读取，并且写入输出流中，就完成了文件的复制操作。

下面再看一下利用fileChannel进行文件的复制操作。

/**
     * 用filechannel进行文件复制
     *
     * @param fromFile 源文件
     * @param toFile   目标文件
     */
    public void fileCopyWithFileChannel(File fromFile, File toFile) {
        FileInputStream fileInputStream = null;
        FileOutputStream fileOutputStream = null;
        FileChannel fileChannelInput = null;
        FileChannel fileChannelOutput = null;
        try {
            fileInputStream = new FileInputStream(fromFile);
            fileOutputStream = new FileOutputStream(toFile);
//得到fileInputStream的文件通道
            fileChannelInput = fileInputStream.getChannel();
//得到fileOutputStream的文件通道
            fileChannelOutput = fileOutputStream.getChannel();
//将fileChannelInput通道的数据，写入到fileChannelOutput通道
            fileChannelInput.transferTo(0, fileChannelInput.size(), fileChannelOutput);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if (fileInputStream != null)
                    fileInputStream.close();
                if (fileChannelInput != null)
                    fileChannelInput.close();
                if (fileOutputStream != null)
                    fileOutputStream.close();
                if (fileChannelOutput != null)
                    fileChannelOutput.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
　　　　}
　　}

解释：上面代码中，也是先分别创建了两个文件的输入输出流，然后在分别获取到两个文件的文件通道，然后将源文件的文件通道直接和目标文件的文件通道进行连接，直接将数据写入到目标文件中区。不需要进行分别的读取和写入操作了。

运行代码之后，复制一个文件，对比两种复制方法，发现利用filechannel使用的时间比普通的读取输入时间缩短了将近一半。尤其是在进行大文件复制的时候，filechannel显得更加有优势