1. 概述
Java NIO 提供了 FileChannel 类，用于高效地进行文件的读写操作。相比传统的 I/O 流操作，FileChannel 提供了更底层、更灵活的控制能力，适用于需要高性能处理大文件的场景。
本文将介绍如何使用 FileChannel 和 ByteBuffer 进行文件读写，以及 FileChannel 的一些高级特性，如文件锁、内存映射、强制刷盘等。
2. FileChannel 的优势
FileChannel 的主要优势包括：
✅ 支持从文件的指定位置读写数据
✅ 可以将文件的一部分直接映射到内存，提升读写效率
✅ 支持高效的文件间数据传输
✅ 支持对文件的某一部分加锁，防止并发访问冲突
✅ 可以强制将缓存中的数据写入磁盘，防止数据丢失
3. 使用 FileChannel 读取文件
3.1 示例：读取文件内容
假设文件 test_read.in 中包含内容：
Hello world
测试代码如下：
@Test
public void givenFile_whenReadWithFileChannelUsingRandomAccessFile_thenCorrect()
throws IOException {
try (RandomAccessFile reader = new RandomAccessFile("src/test/resources/test_read.in", "r");
FileChannel channel = reader.getChannel();
ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream()) {
int bufferSize = 1024;
if (bufferSize > channel.size()) {
bufferSize = (int) channel.size();
}
ByteBuffer buff = ByteBuffer.allocate(bufferSize);
while (channel.read(buff) > 0) {
out.write(buff.array(), 0, buff.position());
buff.clear();
}
String fileContent = new String(out.toByteArray(), StandardCharsets.UTF_8);
assertEquals("Hello world", fileContent);
}
}
3.2 打开 FileChannel
可以通过以下方式打开 FileChannel：
使用 RandomAccessFile 打开（只读）：
RandomAccessFile reader = new RandomAccessFile(file, "r");
FileChannel channel = reader.getChannel();
模式
"r"表示只读模式，关闭RandomAccessFile会同时关闭FileChannel。
使用 FileInputStream 打开：
FileInputStream fin = new FileInputStream(file);
FileChannel channel = fin.getChannel();
同样，关闭
FileInputStream也会关闭对应的FileChannel。
3.3 读取数据
从当前位置读取：
ByteBuffer buff = ByteBuffer.allocate(1024);
int noOfBytesRead = channel.read(buff);
String fileContent = new String(buff.array(), StandardCharsets.UTF_8);
assertEquals("Hello world", fileContent);
从指定位置读取：
ByteBuffer buff = ByteBuffer.allocate(1024);
int noOfBytesRead = channel.read(buff, 5);
String fileContent = new String(buff.array(), StandardCharsets.UTF_8);
assertEquals("world", fileContent);
⚠️ 注意：读取时需指定合适的字符集（如 StandardCharsets.UTF_8），否则可能导致乱码。
4. 使用 FileChannel 写入文件
4.1 示例：写入文件内容
@Test
public void whenWriteWithFileChannelUsingRandomAccessFile_thenCorrect()
throws IOException {
String file = "src/test/resources/test_write_using_filechannel.txt";
try (RandomAccessFile writer = new RandomAccessFile(file, "rw");
FileChannel channel = writer.getChannel()) {
ByteBuffer buff = ByteBuffer.wrap("Hello world".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
channel.write(buff);
// 验证写入结果
RandomAccessFile reader = new RandomAccessFile(file, "r");
assertEquals("Hello world", reader.readLine());
reader.close();
}
}
4.2 打开 FileChannel
使用 RandomAccessFile（读写模式）：
RandomAccessFile writer = new RandomAccessFile(file, "rw");
FileChannel channel = writer.getChannel();
"rw"表示读写模式。
使用 FileOutputStream 打开：
FileOutputStream fout = new FileOutputStream(file);
FileChannel channel = fout.getChannel();
4.3 写入数据
写入字节序列：
ByteBuffer buff = ByteBuffer.wrap("Hello world".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
channel.write(buff);
从指定位置写入：
ByteBuffer buff = ByteBuffer.wrap("Hello world".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
channel.write(buff, 5);
5. 获取和设置当前读写位置
FileChannel 支持获取和设置当前读写位置：
long originalPosition = channel.position();
channel.position(5);
assertEquals(originalPosition + 5, channel.position());
6. 获取文件大小
使用 size() 方法可以获取文件大小（单位为字节）：
@Test
public void whenGetFileSize_thenCorrect()
throws IOException {
RandomAccessFile reader = new RandomAccessFile("src/test/resources/test_read.in", "r");
FileChannel channel = reader.getChannel();
assertEquals(11, channel.size());
channel.close();
reader.close();
}
7. 截断文件
使用 truncate() 方法可以截断文件：
@Test
public void whenTruncateFile_thenCorrect()
throws IOException {
String input = "this is a test input";
FileOutputStream fout = new FileOutputStream("src/test/resources/test_truncate.txt");
FileChannel channel = fout.getChannel();
ByteBuffer buff = ByteBuffer.wrap(input.getBytes());
channel.write(buff);
channel = channel.truncate(5);
assertEquals(5, channel.size());
fout.close();
channel.close();
}
8. 强制刷盘
为了防止系统缓存导致的数据丢失，可使用 force() 方法强制将数据写入磁盘：
channel.force(true); // true 表示同时刷元数据
⚠️ 注意：此方法只在文件位于本地设备时有效。
9. 将文件部分映射到内存
使用 map() 方法可以将文件的某一部分映射到内存中：
@Test
public void givenFile_whenReadAFileSectionIntoMemoryWithFileChannel_thenCorrect()
throws IOException {
try (RandomAccessFile reader = new RandomAccessFile("src/test/resources/test_read.in", "r");
FileChannel channel = reader.getChannel()) {
MappedByteBuffer buff = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 6, 5);
if (buff.hasRemaining()) {
byte[] data = new byte[buff.remaining()];
buff.get(data);
assertEquals("world", new String(data, StandardCharsets.UTF_8));
}
}
}
支持的映射模式：
FileChannel.MapMode.READ_ONLY：只读模式FileChannel.MapMode.READ_WRITE：读写模式FileChannel.MapMode.PRIVATE：私有模式，修改不会影响原文件
10. 锁定文件部分
使用 tryLock() 方法可以锁定文件的某一部分，防止并发访问冲突：
@Test
public void givenFile_whenWriteAFileUsingLockAFileSectionWithFileChannel_thenCorrect()
throws IOException {
try (RandomAccessFile reader = new RandomAccessFile("src/test/resources/test_read.in", "rw");
FileChannel channel = reader.getChannel()) {
FileLock fileLock = channel.tryLock(6, 5, false);
assertNotNull(fileLock);
// do other operations...
}
}
- 参数说明：
6：锁定起始位置5：锁定长度false：表示排他锁（exclusive），若为true表示共享锁（shared）
⚠️ 注意：部分操作系统可能不支持共享锁，默认使用排他锁。
11. 关闭 FileChannel
使用完 FileChannel 后必须关闭，推荐使用 try-with-resources：
try (FileChannel channel = ...) {
// 使用 channel
}
也可以手动关闭：
channel.close();
12. 总结
通过本文，我们了解了 FileChannel 的基本用法和高级特性：
✅ 支持随机读写
✅ 支持内存映射，提升性能
✅ 支持并发锁机制
✅ 支持强制刷盘，防止数据丢失
这些特性使 FileChannel 成为处理大文件或对数据一致性要求较高的应用中的首选方案。
完整示例代码可参考 GitHub。