Java:前程似锦的 NIO 2.0

Java 之所以能够霸占编程语言的榜首,其强大、丰富的类库功不可没,几乎所有的编程问题都能在其中找到解决方案。但在早期的版本当中,输入输出(I/O)流并不那么令开发者感到愉快:

1)JDK 1.4 之前的 I/O 没有缓冲区的概念、不支持正则表达式、支持的字符集编码有限等等;

2)JDK 1.4 的时候引入了非阻塞 I/O,也就是 NIO 1.0,但遍历目录很困难,不支持文件系统的非阻塞操作等等。

为了突破这些限制,JDK 1.7 的时候引入了新的 NIO,也就是本篇文章的主角——NIO 2.0。

01、基石:Path

Path 既可以表示一个目录,也可以表示一个文件,就像 File 那样——当然了,Path 就是用来取代 File 的。

1)可以通过 Paths.get() 创建一个 Path 对象,此时 Path 并没有真正在物理磁盘上创建;参数既可以是一个文件名,也可以是一个目录名;绝对路径或者相对路径均可。

2)可以通过 Files.notExists() 确认 Path(目录或者文件) 是否已经存在。

3)可以通过 Files.createDirectory() 创建目录,此时目录已经在物理磁盘上创建成功,可通过资源管理器查看到。

4)可以通过 Files.createFile() 创建文件,此时文件已经在物理磁盘上创建成功,可通过资源管理器查看到。

5)可以通过 toAbsolutePath() 查看 Path 的绝对路径。

6)可以通过 resolve() 将 Path 连接起来,参数可以是一个新的 Path 对象,也可以是对应的字符串。

具体的代码如下:

public class Wanger {
  public static void main(String[] args) {    // 相对路径    Path dir = Paths.get("chenmo");
    // 输出 dir 的绝对路径    System.out.println(dir.toAbsolutePath()); // 输出:D:\program\java.git\java_demo\chenmo
    if (Files.notExists(dir)) {      try {        // 如果目录不存在,则创建目录        Files.createDirectory(dir);      } catch (IOException e1) {        e1.printStackTrace();      }    }        // 这时候 chenmo.txt 文件并未创建    // 通过 resolve 方法把 dir 和 chenmo.txt 链接起来    Path file = dir.resolve("chenmo.txt");
    // 输出 file 的绝对路径    System.out.println(file.toAbsolutePath()); // 输出:D:\program\java.git\java_demo\chenmo\chenmo.txt
    if (Files.notExists(file)) {      try {        // 如果文件不存在,则创建文件        Files.createFile(file);      } catch (IOException e) {        e.printStackTrace();      }    }
  }
}

如果要将 File 转换为 Path,可以通过 File 类的 toPath() 方法完成。代码示例如下:

File file = new File("沉默王二.txt");Path path = file.toPath();

如果要将 Path 转换为 File,可以通过 Path 类的 toFile() 方法完成。代码示例如下:

Path path = Paths.get("沉默王二.txt");File file = path.toFile();

02、处理目录

NIO 2.0 新增的 java.nio.file.DirectoryStream<T> 接口可以非常方便地查找目录中的(符合某种规则的)文件,比如说我们要查找 chenmo 目录下的 txt 后缀的文件,代码示例如下:

// 相对路径Path dir = Paths.get("chenmo");
try (DirectoryStream<Path> stream = Files.newDirectoryStream(dir, "*.txt")) {  for (Path entry : stream) {    System.out.println(entry.getFileName());  }} catch (IOException e) {  e.printStackTrace();}

1)Files.newDirectoryStream(Path dir, String glob) 会返回一个过滤后的 DirectoryStream( 目录流,),第一个参数为目录,第二个参数为 glob 表达式,比如 *.txt 表示所有 txt 后缀的文件。

2)由于 DirectoryStream 继承了 Closeable 接口,所以它可以配合 try-with-resources 语法写出更安全的代码,目录流会自动调用 close 方法关闭流,释放与流相关的资源,不需要再通过 finally 进行主动关闭。

3)DirectoryStream 被称为目录流,允许方便地使用 for-each 结构来遍历目录。

03、处理目录树

目录树意味着一个目录里既有文件也有子目录,也可能都没有,也可能有其一。NIO 2.0 可以很方便地遍历一颗目录树,并操作符合条件的文件;这其中关键的一个方法就是 Files 类的 walkFileTree,其定义如下:

public static Path walkFileTree(Path start, FileVisitor<? super Path> visitor)        throws IOException{        return walkFileTree(start,                            EnumSet.noneOf(FileVisitOption.class),                            Integer.MAX_VALUE,                            visitor);    }

第二个参数 FileVisitor 被称为文件访问器接口,它实现起来非常复杂,要实现 5 个方法呢,但幸好 JDK 的设计者提供了一个默认的实现类 SimpleFileVisitor,如果我们只想从目录树中找到 txt 后缀的文件,可以这样做:

// 相对路径Path dir = Paths.get("chenmo");
try {  Files.walkFileTree(dir, new SimpleFileVisitor<Path>() {    @Override    public FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs) {      if (file.toString().endsWith(".txt")) {        System.out.println(file.getFileName());      }      return FileVisitResult.CONTINUE;    }  });} catch (IOException e) {  e.printStackTrace();}

通过创建匿名内部类来重写 SimpleFileVisitor 的 visitFile 方法,如果后缀名为 txt 就打印出来。

04、文件的删除、复制、移动

创建一个文件非常的简单,之前我们已经体验过了,那么删除一个文件也同样的简单,代码示例如下:

Files.delete(file);Files.deleteIfExists(file);

使用 Files.delete() 删除文件之前最好使用 Files.exists() 判断文件是否存在,否则会抛出 NoSuchFileException;Files.deleteIfExists() 则不用。

复制文件也不复杂,代码示例如下:

Path source = Paths.get("沉默王二.txt");Path target = Paths.get("沉默王二1.txt");Files.copy(source, target);

移动文件和复制文件非常相似,代码示例如下:

Path source = Paths.get("沉默王二.txt");Path target = Paths.get("沉默王二1.txt");Files.move(source, target);

05、快速地读写文件

NIO 2.0 提供了带有缓冲区的读写辅助方法,使用起来也非常的简单。可以通过 Files.newBufferedWriter() 获取一个文件缓冲输入流,并通过 write() 方法写入数据;然后通过 Files.newBufferedReader() 获取一个文件缓冲输出流,通过 readLine() 方法读出数据。代码示例如下。

Path file = Paths.get("沉默王二.txt");
try (BufferedWriter writer = Files.newBufferedWriter(file, StandardCharsets.UTF_8)) {  writer.write("一个有趣的程序员");} catch (Exception e) {  e.printStackTrace();}
try (BufferedReader reader = Files.newBufferedReader(file, StandardCharsets.UTF_8)) {
  String line;  while ((line = reader.readLine()) != null) {    System.out.println(line);  }} catch (Exception e) {  e.printStackTrace();}

06、重要:异步 I/O 操作

实话实说吧,上面提到的那些都算是 NIO 2.0 的甜点,而异步 I/O 操作(也称 AIO)才算是真正重要的内容。异步 I/O 操作可以充分利用多核 CPU 的特点,不需要再像以前那样启动一个线程来对 I/O 进行处理,免得阻塞了主线程的其他操作。

异步 I/O 操作的核心概念是发起非阻塞方式的 I/O 操作,当 I/O 操作完成时通知。可以分为两种形式:Future 和 Callback。如果我们希望主线程发起 I/O 操作并轮循等待结果时,一般使用 Future 的形式;而 Callback 的基本思想是主线程派出一个侦查员(CompletionHandler)到独立的线程中执行 I/O 操作,操作完成后,会触发侦查员的 completed 或者 failed 方法。

1)Future

先来看一个示例,代码如下:

public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException, ExecutionException {  Path file = Paths.get("沉默王二.txt");  AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(file);  Future<Integer> result = channel.read(ByteBuffer.allocate(100_000), 0);  while (!result.isDone()) {    System.out.println("主线程继续做事情");  }
  Integer bytesRead = result.get();  System.out.println(bytesRead);}

1)通过 AsynchronousFileChannel.open() 打开一个异步文件通道 channel。

2)用 Future 来保存从通道中读取的结果。

3)通过 isDone() 轮循判断异步 I/O 操作是否完成,如果没有完成的话,主线程可以继续做自己的事情。

2)Callback

先来看一个示例,代码如下:

public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException, ExecutionException {  Path file = Paths.get("沉默王二.txt");  AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(file);  channel.read(ByteBuffer.allocate(100_000), 0, null, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {    public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {      System.out.println(result);    }        public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {      System.out.println(exc.getMessage());    }  });    System.out.println("主线程继续做事情");
}

1)通过 AsynchronousFileChannel.open() 打开一个异步文件通道 channel。

2)在 read 方法中使用匿名内部类的形式启用 CompletionHandler,然后实现 CompletionHandler 的两个监听方法,completed 的时候打印结果,failed 的时候打印异常信息。

不管是 Future 形式还是 Callback 形式,总之异步 I/O 是一个强大的特性,可以保证在处理大文件时性能不受到显著的影响。

作者简介:

沉默王二,《Web 全栈开发进阶之路》作者,一个不止写代码的程序员,还写有趣有益的文字,给不喜欢严肃的你。个人微信号:qing_gee,欢迎大家找我聊天,碰撞出思想的火花。

原文发布于微信公众号 - 沉默王二(cmower)

原文发表时间:2019-07-23

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

发表于

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券