FileChannel詳解

一、FileChannel的優勢

FileChannel是Java NIO庫中的一個重要類，作為Java中File I/O讀寫的另一種方式，相較於傳統的IO方式，FileChannel具有以下優勢：

1. 更快的I/O操作，只適用於間隔地讀或寫一個大容量的數據塊；

2. 可以直接操作直接內存映射文件，使用堆外內存讀寫操作；

3. 支持非阻塞I/O，可以使用單獨的線程讀寫文件，FileChannel中的data與NIO庫的selector結合可以實現同步非阻塞IO;

4. 支持多個並發訪問；

5. 可以鎖定文件的某個區域以進行獨佔訪問；

6. 可以將兩個或多個FileChannel中的數據直接傳輸，實現零拷貝，加快文件的讀取和寫入速度。

二、FileChannel讀取文件

FileChannel的read()方法提供了多種方式讀取文件。最常用的是使用ByteBuffer緩衝區進行讀取：

    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寫文件

FileChannel的write()方法提供了多種方式寫入數據到文件。最常用的是使用ByteBuffer緩衝區進行寫入：

    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寫入文件

FileChannel提供了map()方法將一個文件區域直接映射到內存中，讀寫操作直接在內存中進行：

    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線程安全

FileChannel是線程安全的，因為FileChannel實例方法中的狀態是由操作系統中的文件對象來維護的。即使有多個線程同時對同一個FileChannel操作，操作系統也會協作來保證正確的順序和正確的結果。

六、FileChannel可以實現數據零拷貝

FileChannel提供的transferTo()方法和transferFrom()方法可以非常高效地傳輸數據，實現數據的零拷貝。

    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的寫入速度

FileChannel通過ByteBuffer進行寫入操作的性能非常高，一般會比傳統的IO方式的性能快很多。下面我們來比較一下FileChannel和傳統的IO流的寫入速度：

    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方法可以將文件映射為一個ByteBuffer。通過修改ByteBuffer中的數據會修改文件的內容：

    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方法將數據從源通道傳輸到目標通道，實現了零拷貝，速度比傳統的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();
    }