Erlo

一分钟搞定Netty 三大组件,如果搞不定,再看3遍

收藏 2022-12-29 14:30:31   26   博客园
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1. 三大组件简介

Channel 与 Buffer

Java NIO 系统的核心在于:通道 (Channel) 和缓冲区 (Buffer)。通道表示打开到 IO 设备 (例如:文件、套接字) 的连接。若需要使用 NIO 系统,需要获取用于连接 IO 设备的通道 以及用于容纳数据的缓冲区。然后操作缓冲区,对数据进行处理

简而言之,通道负责传输,缓冲区负责存储

常见的 Channel 有以下四种,其中 FileChannel 主要用于文件传输,其余三种用于网络通信

  • FileChannel
  • DatagramChannel
  • SocketChannel
  • ServerSocketChannel

Buffer 有以下几种,其中使用较多的是 ByteBuffer

  • ByteBuffer

    • MappedByteBuffer
    • DirectByteBuffer
    • HeapByteBuffer
  • ShortBuffer

  • IntBuffer

  • LongBuffer

  • FloatBuffer

  • DoubleBuffer

  • CharBuffer

file

1、Selector

在使用 Selector 之前,处理 socket 连接还有以下两种方法

使用多线程技术

为每个连接分别开辟一个线程,分别去处理对应的 socket 连接

file

这种方法存在以下几个问题

  • 内存占用高
    • 每个线程都需要占用一定的内存,当连接较多时,会开辟大量线程,导致占用大量内存
  • 线程上下文切换成本高
  • 只适合连接数少的场景
    • 连接数过多,会导致创建很多线程,从而出现问题

使用线程池技术

使用线程池,让线程池中的线程去处理连接

file
这种方法存在以下几个问题

  • 阻塞模式下,线程仅能处理一个连接
    • 线程池中的线程获取任务(task)后,只有当其执行完任务之后(断开连接后),才会去获取并执行下一个任务
    • 若 socke 连接一直未断开,则其对应的线程无法处理其他 socke 连接
  • 仅适合短连接场景
    • 短连接即建立连接发送请求并响应后就立即断开,使得线程池中的线程可以快速处理其他连接

使用选择器

selector 的作用就是配合一个线程来管理多个 channel(fileChannel 因为是阻塞式的,所以无法使用 selector),,获取这些 channel 上发生的事件,这些 channel 工作在非阻塞模式下,当一个 channel 中没有执行任务时,可以去执行其他channel 中的任务。适合连接数多,但流量较少的场景

file

若事件未就绪,调用 selector 的 select () 方法会阻塞线程,直到 channel 发生了就绪事件。这些事件就绪后,select 方法就会返回这些事件交给 thread 来处理

2、ByteBuffer

使用案例

使用方式
  • 向 buffer 写入数据,例如调用 channel.read (buffer)

  • 调用 flip () 切换至

    读模式

    • flip 会使得 buffer 中的 limit 变为 position,position 变为 0
  • 从 buffer 读取数据,例如调用 buffer.get ()

  • 调用 clear () 或者 compact () 切换至

    写模式

    • 调用 clear () 方法时 position=0,limit 变为 capacity
    • 调用 compact () 方法时,会将缓冲区中的未读数据压缩到缓冲区前面
  • 重复以上步骤

使用 ByteBuffer 读取文件中的内容

public class TestByteBuffer {
     public static void main(String[] args) {
        try (FileChannel channel = new FileInputStream("stu.txt").getChannel()){
            //给缓冲区 分配空间
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
            int read = 0 ;
            StringBuilder builder = new StringBuilder();
            while ((read =channel.read(buffer))>0){
                //切换成 读模式 limit = position; position=0
                buffer.flip();
                while (buffer.hasRemaining()){
                    builder.append((char)buffer.get());
                }
                //清空字节数组 切换成 写模式 position=0 ;limit = capacity
                buffer.clear();
            }
            System.out.println(builder.toString());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            
        }
    }
}

打印结果:

0123456789abcdef

核心属性

字节缓冲区的父类 Buffer 中有几个核心属性,如下

// Invariants: mark <= position <= limit <= capacity
private int mark = -1;
private int position = 0;
private int limit;
private int capacity;
  • capacity:缓冲区的容量。通过构造函数赋予,一旦设置,无法更改
  • limit:缓冲区的界限。位于 limit 后的数据不可读写。缓冲区的限制不能为负,并且 不能大于其容量
  • position: 下一个读写位置的索引(类似 PC)。缓冲区的位置不能为负,并且不能大于 limit
  • mark:记录当前 position 的值。position 被改变后,可以通过调用 reset () 方法恢复到 mark 的位置。

以上四个属性必须满足以下要求

mark <= position <= limit <= capacity

核心方法

put () 方法
  • put () 方法可以将一个数据放入到缓冲区中。
  • 进行该操作后,postition 的值会 +1,指向下一个可以放入的位置。capacity = limit ,为缓冲区容量的值。

file

flip () 方法
  • flip () 方法会 切换对缓冲区的操作模式 ,由 写 -> 读 / 读 -> 写
  • 进行该操作后
    • 如果是 写模式 -> 读模式,position = 0 , limit 指向最后一个元素的下一个位置,capacity 不变
    • 如果是读 -> 写 ,则恢复为 put () 方法中的值

file

get () 方法
  • get () 方法会读取缓冲区中的一个值
  • 进行该操作后,position 会 +1 ,如果超过了 limit 则会抛出异常
  • 注意:get (i) 方法不会改变 position 的值

file

rewind () 方法
  • 该方法 只能在读模式下使用
  • rewind () 方法后,会恢复 position、limit 和 capacity 的值,变为进行 get () 前的值

file

clear () 方法
  • clear () 方法会将缓冲区中的各个属性恢复为最初的状态,position = 0, capacity = limit
  • 此时缓冲区的数据依然存在,处于 “被遗忘” 状态,下次进行写操作时会覆盖这些数据

file

mark () 和 reset () 方法
  • mark () 方法会将 postion 的值保存到 mark 属性中
  • reset () 方法会将 position 的值改为 mark 中保存的值
compact () 方法

此方法为 ByteBuffer 的方法,而不是 Buffer 的方法

  • compact 会把未读完的数据向前压缩,然后切换到写模式
  • 数据前移后,原位置的值并未清零,写时会覆盖之前的值

file

clear() VS compact()

clear 只是对 position、limit、mark 进行重置,而 compact 在对 position 进行设置,以及 limit、mark 进行重置的同时,还涉及到数据在内存中拷贝(会调用 array)。所以 compact 比 clear 更耗性能。但 compact 能保存你未读取的数据,将新数据追加到为读取的数据之后;而 clear 则不行,若你调用了 clear,则未读取的数据就无法再读取到了

所以需要根据情况来判断使用哪种方法进行模式切换

方法调用及演示

ByteBuffer 调试工具类

需要先导入 netty 依赖


  io.netty
  netty-all
  4.1.51.Final

import java.nio.ByteBuffer;

import io.netty.util.internal.MathUtil;
import io.netty.util.internal.StringUtil;
import io.netty.util.internal.MathUtil.*;


public class ByteBufferUtil {
    private static final char[] BYTE2CHAR = new char[256];
    private static final char[] HEXDUMP_TABLE = new char[256 * 4];
    private static final String[] HEXPADDING = new String[16];
    private static final String[] HEXDUMP_ROWPREFIXES = new String[65536 >>> 4];
    private static final String[] BYTE2HEX = new String[256];
    private static final String[] BYTEPADDING = new String[16];

    static {
        final char[] DIGITS = "0123456789abcdef".toCharArray();
        for (int i = 0; i < 256; i++) {
            HEXDUMP_TABLE[i << 1] = DIGITS[i >>> 4 & 0x0F];
            HEXDUMP_TABLE[(i << 1) + 1] = DIGITS[i & 0x0F];
        }

        int i;

        // Generate the lookup table for hex dump paddings
        for (i = 0; i < HEXPADDING.length; i++) {
            int padding = HEXPADDING.length - i;
            StringBuilder buf = new StringBuilder(padding * 3);
            for (int j = 0; j < padding; j++) {
                buf.append("   ");
            }
            HEXPADDING[i] = buf.toString();
        }

        // Generate the lookup table for the start-offset header in each row (up to 64KiB).
        for (i = 0; i < HEXDUMP_ROWPREFIXES.length; i++) {
            StringBuilder buf = new StringBuilder(12);
            buf.append(StringUtil.NEWLINE);
            buf.append(Long.toHexString(i << 4 & 0xFFFFFFFFL | 0x100000000L));
            buf.setCharAt(buf.length() - 9, '|');
            buf.append('|');
            HEXDUMP_ROWPREFIXES[i] = buf.toString();
        }

        // Generate the lookup table for byte-to-hex-dump conversion
        for (i = 0; i < BYTE2HEX.length; i++) {
            BYTE2HEX[i] = ' ' + StringUtil.byteToHexStringPadded(i);
        }

        // Generate the lookup table for byte dump paddings
        for (i = 0; i < BYTEPADDING.length; i++) {
            int padding = BYTEPADDING.length - i;
            StringBuilder buf = new StringBuilder(padding);
            for (int j = 0; j < padding; j++) {
                buf.append(' ');
            }
            BYTEPADDING[i] = buf.toString();
        }

        // Generate the lookup table for byte-to-char conversion
        for (i = 0; i < BYTE2CHAR.length; i++) {
            if (i <= 0x1f || i >= 0x7f) {
                BYTE2CHAR[i] = '.';
            } else {
                BYTE2CHAR[i] = (char) i;
            }
        }
    }

    /**
     * 打印所有内容
     * @param buffer
     */
    public static void debugAll(ByteBuffer buffer) {
        int oldlimit = buffer.limit();
        buffer.limit(buffer.capacity());
        StringBuilder origin = new StringBuilder(256);
        appendPrettyHexDump(origin, buffer, 0, buffer.capacity());
        System.out.println("+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+");
        System.out.printf("position: [%d], limit: [%d]n", buffer.position(), oldlimit);
        System.out.println(origin);
        buffer.limit(oldlimit);
    }

    /**
     * 打印可读取内容
     * @param buffer
     */
    public static void debugRead(ByteBuffer buffer) {
        StringBuilder builder = new StringBuilder(256);
        appendPrettyHexDump(builder, buffer, buffer.position(), buffer.limit() - buffer.position());
        System.out.println("+--------+-------------------- read -----------------------+----------------+");
        System.out.printf("position: [%d], limit: [%d]n", buffer.position(), buffer.limit());
        System.out.println(builder);
    }

    private static void appendPrettyHexDump(StringBuilder dump, ByteBuffer buf, int offset, int length) {
        if (MathUtil.isOutOfBounds(offset, length, buf.capacity())) {
            throw new IndexOutOfBoundsException(
                    "expected: " + "0 <= offset(" + offset + ") <= offset + length(" + length
                            + ") <= " + "buf.capacity(" + buf.capacity() + ')');
        }
        if (length == 0) {
            return;
        }
        dump.append(
                "         +-------------------------------------------------+" +
                        StringUtil.NEWLINE + "         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |" +
                        StringUtil.NEWLINE + "+--------+-------------------------------------------------+----------------+");

        final int startIndex = offset;
        final int fullRows = length >>> 4;
        final int remainder = length & 0xF;

        // Dump the rows which have 16 bytes.
        for (int row = 0; row < fullRows; row++) {
            int rowStartIndex = (row << 4) + startIndex;

            // Per-row prefix.
            appendHexDumpRowPrefix(dump, row, rowStartIndex);

            // Hex dump
            int rowEndIndex = rowStartIndex + 16;
            for (int j = rowStartIndex; j < rowEndIndex; j++) {
                dump.append(BYTE2HEX[getUnsignedByte(buf, j)]);
            }
            dump.append(" |");

            // ASCII dump
            for (int j = rowStartIndex; j < rowEndIndex; j++) {
                dump.append(BYTE2CHAR[getUnsignedByte(buf, j)]);
            }
            dump.append('|');
        }

        // Dump the last row which has less than 16 bytes.
        if (remainder != 0) {
            int rowStartIndex = (fullRows << 4) + startIndex;
            appendHexDumpRowPrefix(dump, fullRows, rowStartIndex);

            // Hex dump
            int rowEndIndex = rowStartIndex + remainder;
            for (int j = rowStartIndex; j < rowEndIndex; j++) {
                dump.append(BYTE2HEX[getUnsignedByte(buf, j)]);
            }
            dump.append(HEXPADDING[remainder]);
            dump.append(" |");

            // Ascii dump
            for (int j = rowStartIndex; j < rowEndIndex; j++) {
                dump.append(BYTE2CHAR[getUnsignedByte(buf, j)]);
            }
            dump.append(BYTEPADDING[remainder]);
            dump.append('|');
        }

        dump.append(StringUtil.NEWLINE +
                "+--------+-------------------------------------------------+----------------+");
    }

    private static void appendHexDumpRowPrefix(StringBuilder dump, int row, int rowStartIndex) {
        if (row < HEXDUMP_ROWPREFIXES.length) {
            dump.append(HEXDUMP_ROWPREFIXES[row]);
        } else {
            dump.append(StringUtil.NEWLINE);
            dump.append(Long.toHexString(rowStartIndex & 0xFFFFFFFFL | 0x100000000L));
            dump.setCharAt(dump.length() - 9, '|');
            dump.append('|');
        }
    }

    public static short getUnsignedByte(ByteBuffer buffer, int index) {
        return (short) (buffer.get(index) & 0xFF);
    }
}
调用 ByteBuffer 的方法
public class TestByteBuffer {
    public static void main(String[] args) {
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
        // 向buffer中写入1个字节的数据
        buffer.put((byte)97);
        // 使用工具类,查看buffer状态
        ByteBufferUtil.debugAll(buffer);

        // 向buffer中写入4个字节的数据
        buffer.put(new byte[]{98, 99, 100, 101});
        ByteBufferUtil.debugAll(buffer);

        // 获取数据
        buffer.flip();
        ByteBufferUtil.debugAll(buffer);
        System.out.println(buffer.get());
        System.out.println(buffer.get());
        ByteBufferUtil.debugAll(buffer);

        // 使用compact切换模式
        buffer.compact();
        ByteBufferUtil.debugAll(buffer);

        // 再次写入
        buffer.put((byte)102);
        buffer.put((byte)103);
        ByteBufferUtil.debugAll(buffer);
    }
}

运行结果

// 向缓冲区写入了一个字节的数据,此时postition为1
+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
position: [1], limit: [10]
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 61 00 00 00 00 00 00 00 00 00                   |a.........      |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+

// 向缓冲区写入四个字节的数据,此时position为5
+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
position: [5], limit: [10]
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 61 62 63 64 65 00 00 00 00 00                   |abcde.....      |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+

// 调用flip切换模式,此时position为0,表示从第0个数据开始读取
+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
position: [0], limit: [5]
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 61 62 63 64 65 00 00 00 00 00                   |abcde.....      |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
// 读取两个字节的数据             
97
98
            
// position变为2             
+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
position: [2], limit: [5]
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 61 62 63 64 65 00 00 00 00 00                   |abcde.....      |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
             
// 调用compact切换模式,此时position及其后面的数据被压缩到ByteBuffer前面去了
// 此时position为3,会覆盖之前的数据             
+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
position: [3], limit: [10]
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 63 64 65 64 65 00 00 00 00 00                   |cdede.....      |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
             
// 再次写入两个字节的数据,之前的 0x64 0x65 被覆盖         
+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
position: [5], limit: [10]
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 63 64 65 66 67 00 00 00 00 00                   |cdefg.....      |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+

字符串与 ByteBuffer 的相互转换

方法一

编码:字符串调用 getByte 方法获得 byte 数组,将 byte 数组放入 ByteBuffer 中

解码:先调用 ByteBuffer 的 flip 方法,然后通过 StandardCharsets 的 decoder 方法解码

public class Translate {
    public static void main(String[] args) {
        // 准备两个字符串
        String str1 = "hello";
        String str2 = "";


        ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.allocate(16);
        // 通过字符串的getByte方法获得字节数组,放入缓冲区中
        buffer1.put(str1.getBytes());
        ByteBufferUtil.debugAll(buffer1);

        // 将缓冲区中的数据转化为字符串
        // 切换模式
        buffer1.flip();
        
        // 通过StandardCharsets解码,获得CharBuffer,再通过toString获得字符串
        str2 = StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer1).toString();
        System.out.println(str2);
        ByteBufferUtil.debugAll(buffer1);
    }
}

运行结果

+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
position: [5], limit: [16]
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 68 65 6c 6c 6f 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |hello...........|
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
hello
+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
position: [5], limit: [5]
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 68 65 6c 6c 6f 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |hello...........|
+--------+-------------------------------------------------+----------------+

方法二

编码:通过 StandardCharsets 的 encode 方法获得 ByteBuffer,此时获得的 ByteBuffer 为读模式,无需通过 flip 切换模式

解码:通过 StandardCharsets 的 decoder 方法解码

public class Translate {
    public static void main(String[] args) {
        // 准备两个字符串
        String str1 = "hello";
        String str2 = "";

        // 通过StandardCharsets的encode方法获得ByteBuffer
        // 此时获得的ByteBuffer为读模式,无需通过flip切换模式
        ByteBuffer buffer1 = StandardCharsets.UTF_8.encode(str1);
        ByteBufferUtil.debugAll(buffer1);

        // 将缓冲区中的数据转化为字符串
        // 通过StandardCharsets解码,获得CharBuffer,再通过toString获得字符串
        str2 = StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer1).toString();
        System.out.println(str2);
        ByteBufferUtil.debugAll(buffer1);
    }
}

运行结果

+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
position: [0], limit: [5]
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 68 65 6c 6c 6f                                  |hello           |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
hello
+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
position: [5], limit: [5]
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 68 65 6c 6c 6f                                  |hello           |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+

方法三

编码:字符串调用 getByte () 方法获得字节数组,将字节数组传给 ByteBuffer 的 wrap () 方法,通过该方法获得 ByteBuffer。同样无需调用 flip 方法切换为读模式

解码:通过 StandardCharsets 的 decoder 方法解码

public class Translate {
    public static void main(String[] args) {
        // 准备两个字符串
        String str1 = "hello";
        String str2 = "";

        // 通过StandardCharsets的encode方法获得ByteBuffer
        // 此时获得的ByteBuffer为读模式,无需通过flip切换模式
        ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.wrap(str1.getBytes());
        ByteBufferUtil.debugAll(buffer1);

        // 将缓冲区中的数据转化为字符串
        // 通过StandardCharsets解码,获得CharBuffer,再通过toString获得字符串
        str2 = StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer1).toString();
        System.out.println(str2);
        ByteBufferUtil.debugAll(buffer1);
    }
}

运行结果

+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
position: [0], limit: [5]
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 68 65 6c 6c 6f                                  |hello           |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
hello
+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
position: [5], limit: [5]
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 68 65 6c 6c 6f                                  |hello           |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+

粘包与半包

现象

网络上有多条数据发送给服务端,数据之间使用 n 进行分隔
但由于某种原因这些数据在接收时,被进行了重新组合,例如原始数据有 3 条为

  • Hello,worldn
  • I’m Nyiman
  • How are you?n

变成了下面的两个 byteBuffer (粘包,半包)

  • Hello,worldnI’m NyimanHo
  • w are you?n
出现原因

粘包

发送方 在发送数据时,并不是一条一条地发送数据,而是将数据整合在一起,当数据达到一定的数量后再一起发送。这就会导致多条信息被放在一个缓冲区中被一起发送出去

半包

接收方 的缓冲区的大小是有限的,当接收方的缓冲区满了以后,就需要将信息截断,等缓冲区空了以后再继续放入数据。这就会发生一段完整的数据最后被截断的现象

解决办法
  • 通过 get (index) 方法遍历 ByteBuffer,遇到分隔符时进行处理。

    注意

    :get (index) 不会改变 position 的值

    • 记录该段数据长度,以便于申请对应大小的缓冲区
    • 将缓冲区的数据通过 get () 方法写入到 target 中
  • 调用 compact 方法切换模式,因为缓冲区中可能还有未读的数据

public class ByteBufferDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(32);
        // 模拟粘包+半包
        buffer.put("Hello,worldnI'm NyimanHo".getBytes());
        // 调用split函数处理
        split(buffer);
        buffer.put("w are you?n".getBytes());
        split(buffer);
    }

    private static void split(ByteBuffer buffer) {
        // 切换为读模式
        buffer.flip();
        for(int i = 0; i < buffer.limit(); i++) {

            // 遍历寻找分隔符
            // get(i)不会移动position
            if (buffer.get(i) == 'n') {
                // 缓冲区长度
                int length = i+1-buffer.position();
                ByteBuffer target = ByteBuffer.allocate(length);
                // 将前面的内容写入target缓冲区
                for(int j = 0; j < length; j++) {
                    // 将buffer中的数据写入target中
                    target.put(buffer.get());
                }
                // 打印查看结果
                ByteBufferUtil.debugAll(target);
            }
        }
        // 切换为写模式,但是缓冲区可能未读完,这里需要使用compact
        buffer.compact();
    }
}

运行结果

+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
position: [12], limit: [12]
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 48 65 6c 6c 6f 2c 77 6f 72 6c 64 0a             |Hello,world.    |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
position: [10], limit: [10]
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 49 27 6d 20 4e 79 69 6d 61 0a                   |I'm Nyima.      |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
position: [13], limit: [13]
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 48 6f 77 20 61 72 65 20 79 6f 75 3f 0a          |How are you?.   |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+

3、FileChannel

工作模式

FileChannel 只能在阻塞模式下工作,所以无法搭配 Selector

获取

不能直接打开 FileChannel,必须通过 FileInputStream、FileOutputStream 或者 RandomAccessFile 来获取 FileChannel,它们都有 getChannel 方法

  • 通过 FileInputStream 获取的 channel 只能读
  • 通过 FileOutputStream 获取的 channel 只能写
  • 通过 RandomAccessFile 是否能读写 根据构造 RandomAccessFile 时的读写模式决定

读取

通过 FileInputStream 获取 channel,通过 read 方法将数据写入到 ByteBuffer 中

read 方法的返回值表示读到了多少字节,若读到了文件末尾则返回 - 1

int readBytes = channel.read(buffer);

可根据返回值判断是否读取完毕

while(channel.read(buffer) > 0) {
    // 进行对应操作
    ...
}

写入

因为 channel 也是有大小的,所以 write 方法并不能保证一次将 buffer 中的内容全部写入 channel。必须需要按照以下规则进行写入

// 通过hasRemaining()方法查看缓冲区中是否还有数据未写入到通道中
while(buffer.hasRemaining()) {
	channel.write(buffer);
}

关闭

通道需要 close,一般情况通过 try-with-resource 进行关闭,最好使用以下方法获取 strea 以及 channel,避免某些原因使得资源未被关闭

public class TestChannel {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("stu.txt");
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream("student.txt");
             FileChannel inputChannel = fis.getChannel();
             FileChannel outputChannel = fos.getChannel()) {
            
            // 执行对应操作
            ...
                
        }
    }
}

位置

position

channel 也拥有一个保存读取数据位置的属性,即 position

long pos = channel.position();

可以通过 position (int pos) 设置 channel 中 position 的值

long newPos = ...;
channel.position(newPos);

设置当前位置时,如果设置为文件的末尾

  • 这时读取会返回 -1
  • 这时写入,会追加内容,但要注意如果 position 超过了文件末尾,再写入时在新内容和原末尾之间会有空洞(00)

强制写入

操作系统出于性能的考虑,会将数据缓存,不是立刻写入磁盘,而是等到缓存满了以后将所有数据一次性的写入磁盘。可以调用 force(true) 方法将文件内容和元数据(文件的权限等信息)立刻写入磁盘

2、两个 Channel 传输数据

transferTo 方法

使用 transferTo 方法可以快速、高效地将一个 channel 中的数据传输到另一个 channel 中,但一次只能传输 2G 的内容

transferTo 底层使用了零拷贝技术

public class TestChannel {
    public static void main(String[] args){
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("stu.txt");
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream("student.txt");
             FileChannel inputChannel = fis.getChannel();
             FileChannel outputChannel = fos.getChannel()) {
            // 参数:inputChannel的起始位置,传输数据的大小,目的channel
            // 返回值为传输的数据的字节数
            // transferTo一次只能传输2G的数据
            inputChannel.transferTo(0, inputChannel.size(), outputChannel);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

当传输的文件大于 2G 时,需要使用以下方法进行多次传输

public class TestChannel {
    public static void main(String[] args){
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("stu.txt");
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream("student.txt");
             FileChannel inputChannel = fis.getChannel();
             FileChannel outputChannel = fos.getChannel()) {
            long size = inputChannel.size();
            long capacity = inputChannel.size();
            // 分多次传输
            while (capacity > 0) {
                // transferTo返回值为传输了的字节数
                capacity -= inputChannel.transferTo(size-capacity, capacity, outputChannel);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3、Path 与 Paths

  • Path 用来表示文件路径
  • Paths 是工具类,用来获取 Path 实例
Path source = Paths.get("1.txt"); // 相对路径 不带盘符 使用 user.dir 环境变量来定位 1.txt

Path source = Paths.get("d:\1.txt"); // 绝对路径 代表了  d:1.txt 反斜杠需要转义

Path source = Paths.get("d:/1.txt"); // 绝对路径 同样代表了  d:1.txt

Path projects = Paths.get("d:\data", "projects"); // 代表了  d:dataprojects
  • . 代表了当前路径
  • .. 代表了上一级路径

例如目录结构如下

d:
	|- data
		|- projects
			|- a
			|- b

代码

Path path = Paths.get("d:\data\projects\a\..\b");
System.out.println(path);
System.out.println(path.normalize()); // 正常化路径 会去除 . 以及 ..

输出结果为

d:dataprojectsa..b
d:dataprojectsb

4、Files

查找

检查文件是否存在

Path path = Paths.get("helloword/data.txt");
System.out.println(Files.exists(path));

创建

创建一级目录

Path path = Paths.get("helloword/d1");
Files.createDirectory(path);
  • 如果目录已存在,会抛异常 FileAlreadyExistsException
  • 不能一次创建多级目录,否则会抛异常 NoSuchFileException

创建多级目录用

Path path = Paths.get("helloword/d1/d2");
Files.createDirectories(path);

拷贝及移动

拷贝文件
Path source = Paths.get("helloword/data.txt");
Path target = Paths.get("helloword/target.txt");

Files.copy(source, target);
  • 如果文件已存在,会抛异常 FileAlreadyExistsException

如果希望用 source 覆盖 掉 target,需要用 StandardOption 来控制

Files.copy(source, target, StandardOption.REPLACE_EXISTING);

移动文件

Path source = Paths.get("helloword/data.txt");
Path target = Paths.get("helloword/data.txt");

Files.move(source, target, StandardOption.ATOMIC_MOVE);
  • StandardOption.ATOMIC_MOVE 保证文件移动的原子性

删除

删除文件

Path target = Paths.get("helloword/target.txt");

Files.delete(target);
  • 如果文件不存在,会抛异常 NoSuchFileException

删除目录

Path target = Paths.get("helloword/d1");

Files.delete(target);
  • 如果目录还有内容,会抛异常 DirectoryNotEmptyException

遍历

可以使用 Files 工具类中的 walkFileTree (Path, FileVisitor) 方法,其中需要传入两个参数

  • Path:文件起始路径

  • FileVisitor:文件访问器,

    使用访问者模式

    • 接口的实现类

      SimpleFileVisitor

      有四个方法

      • preVisitDirectory:访问目录前的操作
      • visitFile:访问文件的操作
      • visitFileFailed:访问文件失败时的操作
      • postVisitDirectory:访问目录后的操作
public class TestFiles {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        AtomicInteger ditCount = new AtomicInteger();
        AtomicInteger fileCount = new AtomicInteger();

        Files.walkFileTree(Paths.get("D:\Program Files\jdk7"),new SimpleFileVisitor(){
            @Override
            public FileVisitResult preVisitDirectory(Path dir, BasicFileAttributes attrs) throws IOException {
                System.err.println("=====>"+dir);
                ditCount.incrementAndGet();
                return super.preVisitDirectory(dir, attrs);
            }

            @Override
            public FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs) throws IOException {
                System.out.println("=====>"+file);
                fileCount.incrementAndGet();
                return super.visitFile(file, attrs);
            }
        });
        System.out.println("dir count :"+ditCount);
        System.out.println("file count :"+fileCount);
    }
}

运行结果如下

...
=====>D:Program Filesjdk7jre7libziSystemVEST5EDT
=====>D:Program Filesjdk7jre7libziSystemVHST10
=====>D:Program Filesjdk7jre7libziSystemVMST7
=====>D:Program Filesjdk7jre7libziSystemVMST7MDT
=====>D:Program Filesjdk7jre7libziSystemVPST8
=====>D:Program Filesjdk7jre7libziSystemVPST8PDT
=====>D:Program Filesjdk7jre7libziSystemVYST9
=====>D:Program Filesjdk7jre7libziSystemVYST9YDT
=====>D:Program Filesjdk7jre7libziWET
=====>D:Program Filesjdk7jre7libziZoneInfoMappings
=====>D:Program Filesjdk7jre7LICENSE
=====>D:Program Filesjdk7jre7README.txt
=====>D:Program Filesjdk7jre7release
=====>D:Program Filesjdk7jre7THIRDPARTYLICENSEREADME-JAVAFX.txt
=====>D:Program Filesjdk7jre7THIRDPARTYLICENSEREADME.txt
=====>D:Program Filesjdk7jre7Welcome.html
dir count :183
file count :2437

本文由传智教育博学谷教研团队发布。

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