FileChannel详解

一、FileChannel的优势

FileChannel是Java NIO库中的一个重要类，作为Java中File I/O读写的另一种方式，相较于传统的IO方式，FileChannel具有以下优势：

1. 更快的I/O操作，只适用于间隔地读或写一个大容量的数据块；

2. 可以直接操作直接内存映射文件，使用堆外内存读写操作；

3. 支持非阻塞I/O，可以使用单独的线程读写文件，FileChannel中的data与NIO库的selector结合可以实现同步非阻塞IO;

4. 支持多个并发访问；

5. 可以锁定文件的某个区域以进行独占访问；

6. 可以将两个或多个FileChannel中的数据直接传输，实现零拷贝，加快文件的读取和写入速度。

二、FileChannel读取文件

FileChannel的read()方法提供了多种方式读取文件。最常用的是使用ByteBuffer缓冲区进行读取：

    try(RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("test.txt", "rw");
        FileChannel channel = file.getChannel()){
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        while (channel.read(buffer) != -1){
            buffer.flip();
            while (buffer.hasRemaining()){
                System.out.print((char) buffer.get());
            }
            buffer.clear();
        }
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }

三、FileChannel写文件

FileChannel的write()方法提供了多种方式写入数据到文件。最常用的是使用ByteBuffer缓冲区进行写入：

    try(RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("test.txt", "rw");
        FileChannel channel = file.getChannel()){
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        buffer.put("Test String".getBytes());
        buffer.flip();
        while (buffer.hasRemaining()){
            channel.write(buffer);
        }
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }

四、FileChannel写入文件

FileChannel提供了map()方法将一个文件区域直接映射到内存中，读写操作直接在内存中进行：

    try(RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("test.txt", "rw");
        FileChannel channel = file.getChannel()){
        MappedByteBuffer buffer = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, 1024);
        buffer.put("Test String".getBytes());
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }

五、FileChannel线程安全

FileChannel是线程安全的，因为FileChannel实例方法中的状态是由操作系统中的文件对象来维护的。即使有多个线程同时对同一个FileChannel操作，操作系统也会协作来保证正确的顺序和正确的结果。

六、FileChannel可以实现数据零拷贝

FileChannel提供的transferTo()方法和transferFrom()方法可以非常高效地传输数据，实现数据的零拷贝。

    try(RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("src.txt", "rw");
        FileChannel srcChannel = file.getChannel();

        RandomAccessFile outputFile = new RandomAccessFile("dest.txt", "rw");
        FileChannel outputChannel = outputFile.getChannel()
    ) {
        long position = 0;
        long count = srcChannel.size();
        srcChannel.transferTo(position, count, outputChannel);
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }

七、FileChannel.write的写入速度

FileChannel通过ByteBuffer进行写入操作的性能非常高，一般会比传统的IO方式的性能快很多。下面我们来比较一下FileChannel和传统的IO流的写入速度：

    try(FileOutputStream fos = new FileOutputStream("test.txt")){
        FileChannel fileChannel = fos.getChannel();
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(64);
            buffer.put("123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123\n".getBytes());
            buffer.flip();
            fileChannel.write(buffer);
        }
        System.out.println("FileChannel Time:" + (System.currentTimeMillis() - start) + " ms");
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    try(FileOutputStream fos = new FileOutputStream("test.txt")){
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            fos.write("123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123\n".getBytes());
        }
        System.out.println("FileOutputStream Time:" + (System.currentTimeMillis() - start) + " ms");
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }

八、FileChannel.map

FileChannel提供的map方法可以将文件映射为一个ByteBuffer。通过修改ByteBuffer中的数据会修改文件的内容：

    try(RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("test.txt", "rw");
        FileChannel channel = file.getChannel()){
        MappedByteBuffer buffer = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, channel.size());
        buffer.put(0, (byte) 'H');
        buffer.put(1, (byte) 'e');
        buffer.put(2, (byte) 'l');
        buffer.put(3, (byte) 'l');
        buffer.put(4, (byte) 'o');
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }

九、FileChannel.transferTo

FileChannel提供的transferTo方法将数据从源通道传输到目标通道，实现了零拷贝，速度比传统的IO流快很多：

    try(RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("src.txt", "rw");
        FileChannel srcChannel = file.getChannel();

        RandomAccessFile outputFile = new RandomAccessFile("dest.txt", "rw");
        FileChannel outputChannel = outputFile.getChannel()
    ) {
        long position = 0;
        long count = srcChannel.size();
        srcChannel.transferTo(position, count, outputChannel);
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }