NIO（New IO）

前面介绍 BufferedReader 时提到它的一个特征——当 BufferedReader 读取输入流中的数据时，如果没有读到有效数据，程序将在此处阻塞该线程的执行（使用 InputStream 的 read() 方法从流中读取数据时，如果数据源中没有数据，它也会阻塞该线程），也就是前面介绍的输入流、输出流都是阻塞式的输入、输出。不仅如此，传统的输入流、输出流都是通过字节的移动来处理的（即使不直接去处理字节流，但底层的实现还是依赖于字节处理），也就是说，面向流的输入/输出系统一次只能处理一个字节，因此面向流的输入/输出系统通常效率不高。

从 JDK 1.4 开始，Java 提供了一系列改进的输入/输出处理的新功能，这些功能被统称为新IO（New IO，简称NIO），新增了许多用于处理输入/输出的类，这些类都被放在 java.nio 包以及子包下，并且对原  java.io 包中的很多类都以 NIO 为基础进行了改写，新增了满足 NIO 的功能。

Java 新IO概述

新IO和传统的IO有相同的目的，都是用于进行输入/输出，但新IO使用了不同的方式来处理输入/输出，新IO采用内存映射文件的方式来处理输入/输出，新IO将文件或文件的一段区域映射到内存中，这样就可以像访问内存一样来访问文件了（这种方式模拟了操作系统上的虚拟内存的概念），通过这种方式来进行输入/输出比传统的输入/输出要快得多。

Java 中与新IO相关的包如下。

• java.nio 包：主要包含各种与 Buffer 相关的类。
• java.nio.channels 包：主要包含与 Channel 和 Selector 相关的类。
• java.nio.charset 包：主要包含与字符集相关的类。
• java.nio.channels.spi 包：主要包含与 Channel 相关的服务提供者编程接口。
• java.nio.charset.spi 包：包含与字符集相关的服务提供者编程接口。

Channel（通道）和 Buffer（缓冲）是新IO中的两个核心对象，Channel 是对传统的输入/输出系统的模拟，在新IO系统中所有的数据都需要通过通道传输：Channel 与传统的 InputStream、OutputStream 最大的区别在于它提供了一个 map() 方法，通过该 map() 方法可以直接将“一块数据”映射到内存中。如果说传统的输入/输出系统是面向流的处理，则新IO则是面向块的处理。

Buffer 可以被理解成一个容器，它的本质是一个数组，发送到 Channel 中的所有对象都必须首先放到 Buffer 中，而从 Channel 中读取的数据也必须先放到 Buffer 中。此处的 Buffer 有点类似于前面介绍的“竹筒”，但该 Buffer 既可以像“竹筒”那样一次次去 Channel 中取水，也允许使用 Channel 直接将文件的某块数据映射成 Buffer。

除 Channel 和 Buffer 之外，新IO还提供了用于将 Unicode 字符串映射成字节序列以及逆映射操作的 Charset 类，也提供了用于支持非阻塞式输入/输出的 Selector 类。

使用 Buffer

从内部结构上来看，Buffer 就像一个数组，它可以保存多个类型相同的数据。Buffer 是一个抽象类，其最常用的子类是 ByteBuffer，它可以在底层字节数组上进行 get/set 操作。除 ByteBuffer 之外，对应于其他基本数据类型（boolean 除外）都有相应的 Buffer 类；CharBuffer、ShortBuffer、IntBuffer、LongBuffer、FloatBuffer、DoubleBuffer。

上面这些 Buffer 类，除 ByteBuffer 之外，它们都采用相同或相似的方法来管理数据，只是各自管理的数据类型不同而己。这些 Buffer 类都没有提供构造器，通过使用如下方法来得到一个 Buffer 对象。

• static XxxBuffer allocate(int capacity)：创建一个容量为 capacity 的 XxxBuffer 对象。

但实际使用较多的是 ByteBuffer 和 CharBuffer，其他 Buffer 子类则较少用到。其中 ByteBuffer 类还有一个子类：MappedByteBuffer，它用于表示 Channel 将磁盘文件的部分或全部内容映射到内存中后得到的结果，通常 MappedByteBuffer 对象由 Channel 的 map() 方法返回。

在 Buffer 中有三个重要的概念：容量(capacity)、界限（limit）和位置（position）。

• 容量（capacity）：缓冲区的容量（capacity）表示该 Buffer 的最大数据容量，即最多可以存储多少数据。缓冲区的容量不可能为负值，创建后不能改变。
• 界限（limit）：第一个不应该被读出或者写入的缓冲区位置索引。也就是说，位于 limit 后的数据既不可被读，也不可被写。
• 位置（position）：用于指明下一个可以被读出的或者写入的缓冲区位置索引（类似于IO流中的记录指针）。当使用 Buffer 从 Channel 中读取数据时，position 的值恰好等于已经读到了多少数据。当刚刚新建一个 Buffer 对象时，其 position 为0；如果从 Channel 中读取了2个数据到该 Buffer 中，则 position 为2，指向 Buffer 中第3个（第1个位置的索引为0）位置。

除此之外，Buffer 里还支持一个可选的标记（mark，类似于传统IO流中的 mark），Buffer 允许直接将 position 定位到该 mark 处。这些值满足如下关系：

0≤mark≤position≤limit≤capacity

                                图1：Buffer 读入数据后的示意图

图1显示了某个 Buffer 读入了一些数据后的示意图。

Buffer 的主要作用就是装入数据，然后输出数据（其作用类似于前面介绍的取水的“竹筒”），开始时 Buffer 的 position为0，limit 为 capacity，程序可通过 put() 方法向 Buffer 中放入一些数据（或者从 Channel 中获取一些数据），每放入一些数据，Buffer 的 position 相应地向后移动一些位置。

当 Buffer 装入数据结束后，调用 Buffer 的 flip() 方法，该方法将 limit 设置为 position 所在位置，并将 position 设为0，这就使得 Buffer 的读写指针又移到了开始位置。也就是说，Buffer 调用 flip() 方法之后，Buffer 为输出数据做好备：当 Buffer 输出数据结束后，Buffer 调用 clear() 方法，clear() 方法不是清空 Buffer 的数据，它仅仅将 position 置为0，将 limit 置为 capacity，这样为再次向 Buffer 中装入数据做好准备。

提示：Buffer 中包含两个重要的方法，即 flip() 和 clear()，flip() 为从 Buffer 中取出数据做好准备，而 clear() 为再次向 Buffer 中装入数据做好准备。

除此之外，Buffer 还包含如下一些常用的方法。

• int capacity()：返回 Buffer 的 capacity 大小。
• boolean hasRemaining()：判断当前位置（position）和界限（limn）之间是否还有元素可供处理。
• int limit()：返回 Buffer 的界限（limit）的位置。
• Buffer limit(int newLt)：重新设置界限（limit）的值，并返回一个具有新的 limit 的缓冲区对象。
• Buffer mark()：设置 Buffer 的 mark 位置，它只能在0和位置（position）之间做 mark。
• int position()：返回 Buffer 中的 position 值。
• Buffer position(int newPs)：设置 Buffer 的 position，并返回 position 被修改后的 Buffer 对象。
• int remaining()：返回当前位置和界限（limit）之间的元素个数。
• Buffer reset()：将位置（position）转到 mark 所在的位置。
• Buffer rewind()：将位置（position）设置成0，取消设置的 mark。

除这些移动 position、limit、mark 的方法之外，Buffer 的所有子类还提供了两个重要的方法：put() 和 get() 方法，用于向 Buffer 中放入数据和从 Buffer 中取出数据。当使用 put() 和 get() 方法放入、取出数据时，Buffer 既支持对单个数据的访问，也支持对批量数据的访问（以数组作为参数）。

当使用 put() 和 get() 来访问 Buffer 中的数据时，分为相对和绝对两种。

• 相对（Relative）：从 Buffer 的当前 position 处开始读取或写入数据，然后将位置（position）的值按处理元素的个数增加。
• 绝对（Absolute）：直接根据索引向 Buffer 中读取或写入数据，使用绝对方式访问 Buffer 里的数据时，并不会影响位置（position）的值。

下面程序示范了 Buffer 的一些常规操作。

public class BufferTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建Buffer
        CharBuffer buff = CharBuffer.allocate(8); // ①
        System.out.println("capacity: " + buff.capacity());
        System.out.println("limit: " + buff.limit());
        System.out.println("position: " + buff.position());
        // 放入元素
        buff.put('a');
        buff.put('b');
        buff.put('c'); // ②
        System.out.println("加入三个元素后，position = " + buff.position());
        // 调用flip()方法
        buff.flip(); // ③
        System.out.println("执行flip()后，limit = " + buff.limit());
        System.out.println("position = " + buff.position());
        // 取出第一个元素
        System.out.println("第一个元素(position=0)：" + buff.get()); // ④
        System.out.println("取出一个元素后，position = " + buff.position());
        // 调用clear方法
        buff.clear(); // ⑤
        System.out.println("执行clear()后，limit = " + buff.limit());
        System.out.println("执行clear()后，position = " + buff.position());
        System.out.println("执行clear()后，缓冲区内容并没有被清除：" + "第三个元素为：" + buff.get(2)); // ⑥
        System.out.println("执行绝对读取后，position = " + buff.position());
    }
}

在上面程序的①号代码处，通过 CharBuffer 的一个静态方法 allocate() 创建了一个 capacity 为8的 CharBuffer，此时该 Buffer 的 limit 和 capacity 为8，position 为0，如图2所示。

                   图2：新分配的 CharBuffer 对象

接下来程序执行到②号代码处，程序向 CharBuffer 中放入3个数值，放入3个数值后的 CharBuffer 效果如图3所示。

程序执行到③号代码处，调用了 Buffer 的 flip() 方法，该方法将把 limit 设为 position 处，把 position 设为0，如图4所示。

                   图3：向 Buffer 中放入3个对象后的示意图

                  图4：执行 Buffer 的 flip() 方法后的示意图

从图4中可以看出，当 Buffer 调用了 flip() 方法之后，limit 就移到了原来 position 所在位置，这样相当于把 Buffer 中没有数据的存储空间“封印”起来，从而避免读取 Buffer 数据时读到 null 值。

接下来程序在④号代码处取出一个元素，取出一个元素后 position 向后移动一位，也就是该 Buffer 的 position 等于1。程序执行到⑤号代码处，Buffer 调用 clear() 方法去将 position 设为0，将 limit 设为与 capacity 相等。执行 clear() 方法后的 Buffer 示意图如图5所示。

                   图5：执行 Buffer 的 clear() 方法后的示意图

从图5中可以看出，对 Buffer 执行 clear() 方法后，该 Buffer 对象里的数据依然存在，所以程序在⑥号代码处依然可以取出位置为2的值，也就是字符c。因为⑥号代码采用的是根据索引来取值的方式，所以该方法不会影响 Buffer 的 position。

通过 allocate() 方法创建的 Buffer 对象是普通 Buffer，ByteBuffer 还提供了一个 allocateDirect() 方法来创建直接 Buffer。直接 Buffer 的创建成本比普通 Buffer 的创建成本高，但直接 Buffer 的读取效率更高。

提示：由于直接 Buffer 的创建成本很高，所以直接 Buffer 只适用于长生存期的 Buffer，而不适用于短生存期、一次用完就丢弃的 Buffer。而且只有 ByteBuffer 才提供了 allocateDirect() 方法，所以只能在 ByteBuffer 级别上创建直接 Buffer。如果希望使用其他类型，则应该将该 Buffer 转换成其他类型的 Buffer。

直接 Buffer 在编程上的用法与普通 Buffer 并没有太大的区别，故此处不再贅述。

使用 Channel

Channel 类似于传统的流对象，但与传统的流对象有两个主要区别。

• Channel 可以直接将指定文件的部分或全部直接映射成 Buffer。
• 程序不能直接访问 Channel 中的数据，包括读取、写入都不行，Channel 只能与 Buffer 进行交互。也就是说，如果要从 Channel 中取得数据，必须先用 Buffer 从 Channel 中取出一些数据，然后让程序从 Buffer 中取出这些数据；如果要将程序中的数据写入 Channel，一样先让程序将数据放入 Buffer 中，程序再将 Buffer 里的数据写入 Channel 中。

Java 为 Channel 接口提供了 DatagramChannel、FileChannel、Pipe.SinkChannel、Pipe.SourceChannel、SelectableChannel、ServerSocketChannel、SocketChannel 等实现类，本节主要介绍 FileChannel 的用法。根据这些 Channel 的名字不难发现，新IO里的 Channel 是按功能来划分的，例如 Pipe.SinkChannel、Pipe.SourceChannel 是用于支持线程之间通信的管道 Channel；ServerSocketChannel、SocketChannel 是用于支持 TCP 网络通信的 Channel；而 DatagramChannel 则是用于支持 UDP 网络通信的Channel。

所有的 Channel 都不应该通过构造器来直接创建，而是通过传统的节点 InputStream、OutputStream 的 getChannel() 方法来返回对应的 Channel，不同的节点流获得的 Channel 不一样。例如，FileInputStream、FileOutputStream 的 getChannel() 返回的是 FileChannel，而 PipedInputStream 和 PipedOutputStream 的 getChannel()返回的是 Pipe.SinkChannel、Pipe.SourceChannel。

Channel 中最常用的三类方法是 map()、read() 和 write()，其中 map() 方法用于将 Channel 对应的部分或全部数据映射成 ByteBuffer；而 read() 或 write() 方法都有一系列重载形式，这些方法用于从 Buffer中读取数据或向 Buffer 中写入数据。

map() 方法的方法签名为：MappedByteBuffer map(FileChannel.MapMode mode, long position，long size)，第一个参数执行映射时的模式，分别有只读、读写等模式；而第二个、第三个参数用于控制将 Channel 的哪些数据映射成 ByteBuffer。

下面程序示范了直接将 FileChannel 的全部数据映射成 ByteBuffer 的效果。

public class FileChannelTest {
    public static void main(String[] args) {
        File f = new File("FileChannelTest.java");
        try (
                // 创建FileInputStream，以该文件输入流创建FileChannel
                FileChannel inChannel = new FileInputStream(f).getChannel();
                // 以文件输出流创建FileBuffer，用以控制输出
                FileChannel outChannel = new FileOutputStream("a.txt").getChannel()) {
            // 将FileChannel里的全部数据映射成ByteBuffer
            MappedByteBuffer buffer = inChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, f.length()); // ①
            // 使用GBK的字符集来创建解码器
            Charset charset = Charset.forName("GBK");
            // 直接将buffer里的数据全部输出
            outChannel.write(buffer); // ②
            // 再次调用buffer的clear()方法，复原limit、position的位置
            buffer.clear();
            // 创建解码器(CharsetDecoder)对象
            CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();
            // 使用解码器将ByteBuffer转换成CharBuffer
            CharBuffer charBuffer = decoder.decode(buffer);
            // CharBuffer的toString方法可以获取对应的字符串
            System.out.println(charBuffer);
        } catch (IOException ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
    }
}

上面程序中的两行粗体字代码分别使用 FileInputStream、FileOutputStream 来获取 FileChannel，虽然 FileChannel 既可以读取也可以写入，但 FileInputStream 获取的 FileChannel 只能读，而 FileOutputStream 获取的 FileChannel 只能写。程序中①号代码处直接将指定 Channel 中的全部数据映射成 ByteBuffer，然后程序中②号代码处直接将整个 ByteBuffer 的全部数据写入一个输出 FileChannel 中，这就完成了文件的复制。

程序后面部分为了能将 FileChannelTest.java 文件里的内容打印出来，使用了 Charset 类和 CharsetDecoder 类将 ByteBuffer 转换成 CharBuffer。关于 Charset 和 CharsetDecoder 下一节将会有更详细的介绍。

不仅 InputStream、OutputStream 包含了 getChannel() 方法，在 RandomAccessFile 中也包含了一个 getChannel() 方法，RandomAccessFile 返回的 FileChannel() 是只读的还是读写的，则取决于  RandomAccessFile 打开文件的模式。例如，下面程序将会对 a.txt 文件的内容进行复制，追加在该文件后面。

public class RandomFileChannelTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        File f = new File("a.txt");
        try (
                // 创建一个RandomAccessFile对象
                RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(f, "rw");
                // 获取RandomAccessFile对应的Channel
                FileChannel randomChannel = raf.getChannel()) {
            // 将Channel中所有数据映射成ByteBuffer
            ByteBuffer buffer = randomChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, f.length());
            // 把Channel的记录指针移动到最后
            randomChannel.position(f.length());
            // 将buffer中所有数据输出
            randomChannel.write(buffer);
        }
    }
}

上面程序中的粗体字代码可以将 Channel 的记录指针移动到该 Channel 的最后，从而可以让程序将指定 ByteBuffer 的数据追加到该 Channel 的后面。每次运行上面程序，都会把 a.txt 文件的内容复制一份，并将全部内容追加到该文件的后面。

如果读者习惯了传统IO的“用竹筒多次重复取水”的过程，或者担心 Channel 对应的文件过大，使用 map() 方法一次将所有的文件内容映射到内存中引起性能下降，也可以使用 Channel 和 Buffer 传统的“用竹筒多次重复取水”的方式。如下程序所示。

public class ReadFile {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        try (
                // 创建文件输入流
                FileInputStream fis = new FileInputStream("ReadFile.java");
                // 创建一个FileChannel
                FileChannel fcin = fis.getChannel()) {
            // 定义一个ByteBuffer对象，用于重复取水
            ByteBuffer bbuff = ByteBuffer.allocate(256);
            // 将FileChannel中数据放入ByteBuffer中
            while (fcin.read(bbuff) != -1) {
                // 锁定Buffer的空白区
                bbuff.flip();
                // 创建Charset对象
                Charset charset = Charset.forName("GBK");
                // 创建解码器(CharsetDecoder)对象
                CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();
                // 将ByteBuffer的内容转码
                CharBuffer cbuff = decoder.decode(bbuff);
                System.out.print(cbuff);
                // 将Buffer初始化，为下一次读取数据做准备
                bbuff.clear();
            }
        }
    }
}

上面代码虽然使用 FileChannel 和 Buffer 来读取文件，但处理方式和使用 InputStream、byte[] 来读取文件的方式几乎一样，都是采用“用竹筒多次重复取水”的方式。但因为 Buffer 提供了 flip() 和 clear() 两个方法，所以程序处理起来比较方便，每次读取数据后调用 flip() 方法将没有数据的区域“封印”起来，避免程序从 Buffer 中取出 null 值：数据取出后立即调用 clear() 方法将 Buffer 的 position 设0，为下一次读取数据做准备。

字符集和 Charset

前面已经提到：计算机里的文件、数据、图片文件只是一种表面现象，所有文件在底层都是二进制文件，即全部都是字节码。图片、音乐文件暂时先不说，对于文本文件而言，之所以可以看到一个个的字符，这完全是因为系统将底层的二进制序列转换成字符的缘故。在这个过程中涉及两个概念：编码（Encode）和解码（Decode），通常而言，把明文的字符序列转换成计算机理解的二进制序列（普通人看不懂）称为编码，把二进制序列转换成普通人能看懂的明文字符串称为解码，如下图所示。

 

计算机底层是没有文本文件、图片文件之分的，它只是忠实地记录每个文件的二进制序列而已。当需要保存文本文件时，程序必须先把文件中的每个字符翻译成二进制序列：当需要读取文本文件时，程序必须把二进制序列转换为一个个的字符。

Java 默认使用 Unicode 字符集，但很多操作系统并不使用 Unicode 字符集，那么当从系统中读取数据到 Java 程序中时，就可能出现乱码等问题。

JDK 1.4 提供了Charset 来处理字节序列和字符序列（字符串）之间的转换关系，该类包含了用于创建解码器和编码器的方法，还提供了获取 Charset 所支持字符集的方法，Charset 类是不可变的。

Charset 类提供了一个 availableCharsets() 静态方法来获取当前 JDK 所支持的所有字符集。所以程序可以使用如下程序来获取该 JDK 所支持的全部字符集。

public class CharsetTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 获取Java支持的全部字符集
        SortedMap<String, Charset> map = Charset.availableCharsets();
        for (String alias : map.keySet()) {
            // 输出字符集的别名和对应的Charset对象
            System.out.println(alias + "----->" + map.get(alias));
        }
    }
}

上面程序中的粗体字代码获取了当前 Java 所支持的全部字符集，并使用遍历方式打印了所有字符集的别名（字符集的字符串名称）和 Charset 对象。从上面程序可以看出，每个字符集都有一个字符串名称，也被称为字符串别名。对于中国的程序员而言，下面几个字符串别名是常用的。

• GBK：简体中文字符集。
• BIG5：繁体中文字符集。
• ISO-8859-1：ISO 拉丁字母表 No.1，也叫做 ISO-LATIN-1。
• UTF-8：8位 UCS 转换格式。
• UTF-16BE：16位 UCS 转换格式，Big-endian（最低地址存放高位字节）字节顺序。
• UTF-16LE：16位 UCS 转换格式，Little-endian（最高地址存放低位字节）字节顺序。
• UTF-16：16位 UCS 转换格式，字节顺序由可选的字节顺序标记来标识。

提示：可以使用 System 类的 getProperties() 方法来访问本地系统的文件编码格式，文件编码格式的属性名为 file-encoding。

一旦知道了字符集的别名之后，程序就可以调用 Charset 的 forName() 方法来创建对应的 Charset 对象，forName() 方法的参数就是相应字符集的别名。例如如下代码：

Charset cs = Charset.forName("ISO-8859-1");
Charset cs = Charset.forName("GBK");

获得了 Charset 对象之后，就可以通过该对象的 newDecoder()、newEncoder() 这两个方法分别返回 CharsetDecoder 和 CharsetEncoder 对象，代表该 Charset 的解码器和编码器。调用 CharsetDecoder 的  decode() 方法就可以将 ByteBuffer（字节序列）转换成 CharBuffer（字符序列），调用 CharsetEncoder 的 encode() 方法就可以将 CharBuffer 或 String（字符序列）转换成 ByteBuffer（字节序列）。如下程序使用了 CharsetEncoder 和 CharsetDecoder 完成了 ByteBuffer 和 CharBuffer 之间的转换。

注意：Java7 新增了一个 StandardCharsets 类，该类里包含了 ISO_8859_1、UTF8、UTF16 等类变量，这些类变量代表了最常用的字符集对应的 Charset 对象。

public class CharsetTransform {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建简体中文对应的Charset
        Charset cn = Charset.forName("GBK");
        // 获取cn对象对应的编码器和解码器
        CharsetEncoder cnEncoder = cn.newEncoder();
        CharsetDecoder cnDecoder = cn.newDecoder();
        // 创建一个CharBuffer对象
        CharBuffer cbuff = CharBuffer.allocate(8);
        cbuff.put('孙');
        cbuff.put('悟');
        cbuff.put('空');
        cbuff.flip();
        // 将CharBuffer中的字符序列转换成字节序列
        ByteBuffer bbuff = cnEncoder.encode(cbuff);
        // 循环访问ByteBuffer中的每个字节
        for (int i = 0; i < bbuff.capacity(); i++) {
            System.out.print(bbuff.get(i) + " ");
        }
        // 将ByteBuffer的数据解码成字符序列
        System.out.println("
" + cnDecoder.decode(bbuff));
    }
}

上面程序中的两行粗体字代码分别实现了将 CharBuffer 转换成 ByteBuffer，将 ByteBuffer 转换成 CharBuffer 的功能。实际上，Charset 类也提供了如下三个方法。

• CharBuffer decode(ByteBuffer bb)：将 ByteBuffer 中的字节序列转换成字符序列的便捷方法。
• ByteBuffer encode(CharBuffer cb)：将 CharBuffer 中的字符序列转换成字节序列的便捷方法。
• ByteBuffer encode(String str)：将 String 中的字符序列转换成字节序列的便捷方法。

也就是说，获取了 Charset 对象后，如果仅仅需要进行简单的编码、解码操作，其实无须创建 CharsetEncoder 和 CharsetDecoder 对象，直接调用 Charset 的 encode() 和 decode() 方法进行编码、解码即可。

提示：在 String 类里也提供了一个 getBytes(String charset) 方法，该方法返回 byte[]，该方法也是使用指定的字符集将字符串转换成字节序列。

文件锁

文件锁在操作系统中是很平常的事情，如果多个运行的程序需要并发修改同一个文件时，程序之间需要某种机制来进行通信，使用文件锁可以有效地阻止多个进程并发修改同一个文件，所以现在的大部分操作系统都提供了文件锁的功能。

文件锁控制文件的全部或部分字节的访问，但文件锁在不同的操作系统中差别较大，所以早期的 JDK 版本并未提供文件锁的支持。从 JDK1.4 的 NIO 开始，Java 开始提供文件锁的支持。

在 NIO 中，Java 提供了 FileLock 来支持文件锁定功能，在 FileChannel 中提供的 lock()/tryLock() 方法可以获得文件锁 FileLock 对象，从而锁定文件。lock() 和 tryLock() 方法存在区别：当 lock() 试图锁定某个文件时，如果无法得到文件锁，程序将一直阻塞；而 tryLock() 是尝试锁定文件，它将直接返回而不是阻塞，如果获得了文件锁，该方法则返回该文件锁，否则将返回 null。

如果 FileChannel 只想锁定文件的部分内容，而不是锁定全部内容，则可以使用如下的 lock() 或 tryLock() 方法。

• lock(long position, long size, boolean shared)：对文件从 position 开始，长度为 size 的内容加锁，该方法是阻塞式的。
• tryLock(long position, long size, boolean shared)：非阻塞式的加锁方法。参数的作用与上一个方法类似。

当参数 shared 为 true 时，表明该锁是一个共享锁，它将允许多个进程来读取该文件，但阻止其他进程获得对该文件的排他锁。当 shared 为 false 时，表明该锁是一个排他锁，它将锁住对该文件的读写。程序可以通过调用 FileLock 的 isShared 来判断它获得的锁是否为共享锁。

注意：直接使用 lock() 或 tryLock() 方法获取的文件锁是排他锁。

处理完文件后通过 FileLock 的 release() 方法释放文件锁。下面程序示范了使用 FileLock 锁定文件的示例。

public class FileLockTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        try (
                // 使用FileOutputStream获取FileChannel
                FileChannel channel = new FileOutputStream("a.txt").getChannel()) {
            // 使用非阻塞式方式对指定文件加锁
            FileLock lock = channel.tryLock();
            // 程序暂停10s
            Thread.sleep(10000);
            // 释放锁
            lock.release();
        }
    }
}

上面程序中的第一行粗体字代码用于对指定文件加锁，接着程序调用 Thread.sleep(10000) 暂停了 10 秒后才释放文件锁（如程序中第二行粗体字代码所示），因此在这10秒之内，其他程序无法对 a.txt 文件进行修改。

注意：文件锁虽然可以用于控制并发访问，但对于高并发访问的情形，还是推荐使用数据库来保存程序信息，而不是使用文件。

关于文件锁还需要指出如下几点。

• 在某些平台上，文件锁仅仅是建议性的，并不是强制性的。这意味着即使一个程序不能获得文件锁，它也可以对该文件进行读写。
• 在某些平台上，不能同步地锁定一个文件并把它映射到内存中。
• 文件锁是由 Java 虚拟机所持有的，如果两个 Java 程序使用同一个 Java 虚拟机运行，则它们不能对同一个文件进行加锁。
• 在某些平台上关闭 FileChannel 时，会释放 Java 虚拟机在该文件上的所有锁，因此应该避免对同一个被锁定的文件打开多个 FileChannel。