Java NIO Channel之FileChannel [ 转载 ]

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@author zachary.guo

        对于文件 I/O，最强大之处在于异步 I/O（asynchronous I/O），它允许一个进程可以从操作系统请求一个或多个 I/O 操作而不必等待这些操作的完成。发起请求的进程之后会收到它请求的 I/O 操作已完成的通知。异步 I/O 是一种高级性能，当前的很多操作系统都还不具备。因此，文件通道在多数情况下来说总是阻塞式的，因此不能被置于非阻塞模式。 

        FileChannel 对象不能直接创建。一个 FileChannel 实例只能通过在一个打开的 File 对象（RandomAccessFile、FileInputStream 或 FileOutputStream）上调用 getChannel() 方法获取。调用 getChannel() 方法会返回一个连接到相同文件的 FileChannel 对象且该 FileChannel 对象具有与 File 对象相同的访问权限，然后你就可以使用通道对象来利用强大的 FileChannel API了： 

package java.nio.channels;

public abstract class FileChannel extends AbstractChannel implements ByteChannel, GatheringByteChannel, ScatteringByteChannel {
    // This is a partial API listing
    // All methods listed here can throw java.io.IOException

    public abstract int read(ByteBuffer dst, long position);
    public abstract int write(ByteBuffer src, long position);
    public abstract long size();
    // 返回当前文件的 position 值。返回值是一个长整型（long），表示文件中的当前字节位置。
    public abstract long position();
    // 将通道的 position 设置为指定值。负值，将异常伺候；值可以超过文件尾，这会导致文件空洞。
    public abstract void position(long newPosition);
    public abstract void truncate(long size);
    public abstract void force(boolean metaData);
    public final FileLock lock();
    public abstract FileLock lock(long position, long size, boolean shared);
    public final FileLock tryLock();
    public abstract FileLock tryLock(long position, long size, boolean shared);
    public abstract MappedByteBuffer map(MapMode mode, long position, long size);

    public abstract long transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target);
    public abstract long transferFrom(ReadableByteChannel src, long position, long count);

    public static class MapMode {
        public static final MapMode READ_ONLY;
        public static final MapMode READ_WRITE;
        public static final MapMode PRIVATE;
    }
}

        同大多数通道一样，只要有可能，FileChannel 都会尝试使用本地 I/O 服务。FileChannel 类本身是抽象的，你从 getChannel() 方法获取的实际对象是一个具体子类（subclass）的一个实例（instance），该子类可能使用本地代码来实现以上 API 方法中的一些或全部。 

        FileChannel 对象是线程安全（thread-safe）的。多个进程可以在同一个实例上并发调用方法而不会引起任何问题，不过并非所有的操作都是多线程的（multithreaded）。影响通道位置或者影响文件大小的操作都是单线程的（single-threaded）。如果有一个线程已经在执行会影响通道位置或文件大小的操作，那么其他尝试进行此类操作之一的线程必须等待。并发行为也会受到底层的操作系统或文件系统影响。 

    ◇ 访问文件 
        每个 FileChannel 对象都同一个文件描述符（file descriptor）有一对一的关系，所以上面列出的 API 方法与在你最喜欢的 POSIX（可移植操作系统接口）兼容的操作系统上的常用文件 I/O 系统调用紧密对应也就不足为怪了。 

        本质上讲，RandomAccessFile 类提供的是同样的抽象内容。在通道出现之前，底层的文件操作都是通过 RandomAccessFile 类的方法来实现的。FileChannel 模拟同样的 I/O 服务，因此它的 API 自然也是很相似的。 


                                                                    File I/O API 比较 

        同底层的文件描述符一样，每个 FileChannel 都有一个叫 “file position”的概念。这个 position 值决定文件中哪一处的数据接下来将被读或者写。因此，FileChannel 位置（position）是从底层的文件描述符获得的，该 position 同时被作为通道引用获取来源的文件对象共享。这也就意味着一个对象对该 position 的更新可以被另一个对象看到： 

RandomAccessFile randomAccessFile = new RandomAccessFile ("filename", "r");
// Set the file position
randomAccessFile.seek (1000);

// Create a channel from the file
FileChannel fileChannel = randomAccessFile.getChannel( );

// This will print "1000"
System.out.println ("file pos: " + fileChannel.position( ));

// Change the position using the RandomAccessFile object
randomAccessFile.seek (500);

// This will print "500"
System.out.println ("file pos: " + fileChannel.position( ));

// Change the position using the FileChannel object
fileChannel.position (200);

// This will print "200"
System.out.println ("file pos: " + randomAccessFile.getFilePointer( ));

        尝试在文件末尾之外的 position 进行一个绝对 read() 操作，size() 方法会返回一个 end-of-file。在超出文件大小的 position 上做一个绝对 write() 会导致文件增加以容纳正在被写入的新字节。文件中位于之前 end-of-file 位置和新添加的字节起始位置之间区域的字节的值不是由 FileChannel 类指定，而是在大多数情况下反映底层文件系统的语义。不过，大部分情况下，这些空洞会被填 0。 

        当需要减少一个文件的 size 时，truncate() 方法会砍掉您所指定的新 size 值之外的所有数据。如果当前 size 大于新 size，超出新 size 的所有字节都会被悄悄地丢弃。如果提供的新 size 值大于或等于当前的文件 size 值，该文件不会被修改。这两种情况下，truncate() 都会产生副作用：文件的 position 会被设置为所提供的新 size 值。 

        上面列出的最后一个 API 是 force()。该方法告诉通道强制将全部待定的修改都应用到磁盘的文件上。所有的现代文件系统都会缓存数据和延迟磁盘文件更新以提高性能。调用 force() 方法要求文件的所有待定修改立即同步到磁盘。 

    ◇ 文件空洞 
        文件位移量可以大于文件的当前长度，在这种情况下，对该文件的下一次写将延长该文件，并在文件中构成一个空洞，这一点是允许的。位于文件中但没有写过的字节都被设为 0。 

        如果 offset 比文件的当前长度更大，下一个写操作就会把文件“撑大（extend）”。这就是所谓的在文件里创造“空洞（hole）”。没有被实际写入文件的所有字节由重复的 0 表示。空洞是否占用硬盘空间由文件系统（file system）决定。