深入理解Java NIO中的管道（Pipe）与文件锁定（FileLock）机制

最编程 2024-07-28 18:08:16

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Pipe

Java NIO 管道是 2 个线程之间的单向数据连接， Pipe 有一个 source 通道和一个 sink 通道。数据会被下入到 Sink 通道，从 source 通道读取。

1、创建通道

通过 Pipe.open() 方法打开管道

Pipe pipe = Pipe.open();

2、写入通道

要向管道写入数据，需要访问 sink 通道。

Pipe.Sinkchannel sinkChannel = pipe.sink();

通过调用 Sinkchannel 的 write() 方法，将数据写入 SinkChannel :

String newData = "New String to write to file .." + System.currentTimeMillis();
ByteBuffer buf = ByteBuffer.alloacte(48);
buf.clear();
buf.put(newData.getBytes());
buf.flip();
while(buf.hasRemaining()) {
  sinkChannel.write(buf);
}

3、从管道读取数据

从读取管道的数据，需要访问 source 通道，像这样：

Pipe.SourceChannel sourceChannel = pipe.source();

调用 source 通道的 read() 方法来读取数据：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
int bytesRead = sourceChannel.read(buf);

read() 方法返回的 int 值会告诉我们多少字节被读进了缓冲区。

4、示例

我们将通过Pipe，Sink进行数据的读写操作，示例如下：

public class PipeDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1 获取管道
        Pipe pipe = Pipe.open();
        // 2 获取 sink 通道
        Pipe.SinkChannel sinkChannel = pipe.sink();
        // 3 创建缓冲区
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        buffer.put("ha ha!".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        buffer.flip();
        // 4 写入数据
        sinkChannel.write(buffer);
        // 5 source 通道
        Pipe.SourceChannel sourceChannel = pipe.source();
        // 6 创建一个缓冲区，读取数据
        ByteBuffer buffer2 = ByteBuffer.allocate(1024);
        //buffer2.flip();
        int len = sourceChannel.read(buffer2);
        String str = new String(buffer2.array(), 0, len);
        System.out.println(str);
        // 7 关闭通道
        sinkChannel.close();
        sourceChannel.close();
    }
}

FileLock

FileLock 简介

文件锁在 OS 中很常见，如果多个程序同时访问、修改同一个文件，很容易英文文件数据不同步而出现问题。给文件加一个锁，同一事件，只能有一个程序修改此文件，或者程序都只能读此文件，这就解决了同步问题。

文件锁是进程级别的，不是线程级别的，文件锁可以解决多个线程并发的访问、修改同一个文件的问题，但是不能解决多线程并发访问，修改同一个文件的问题。

使用文件锁时，同一个进程内的多个线程，可以同时访问，修改此文件。

文件锁是当前程序锁属的 JVM 实例持有的，一旦获取到文件锁（对文件加锁），要调用 release() 或者关闭对应 FileChannel 对象，或者当前 JVM 退出才会释放这个锁。

一旦某个进程（比如 JVM 实例）对某个文件加锁，则在释放这个锁之前，此进程不不能在对此文件加锁，就是 JVM 实例在同一个问加上的文件锁是不能重叠的（进程级别不能重复在同一文件上获取锁）。

2、文件锁分配

排他锁： 又叫独占锁，对文件加排他锁后，该进程可以对此文件进行读写，该进程独占此文件，其他进程不能读写此文件，知道该文件释放文件锁。

共享锁： 某个进程对文件加共享锁，其他进程也可以访问此文件，但是这些进程都只能读此文件，不能写。线程是安全的。只要还有一个进程持有共享锁，此文件只能读，不能写。(其实只能共享读，不能共享写)。

3、使用示例

// 创建 FileChannel 对象，文件锁只能通过 FileChannel 对象来使用
String pathName = "/xxx/01.txt";
FileChannel fileChannel = new FileOutputStream(pathName).getChannel();
// 对文件加锁
FileLock lock = fileChannel.lock();
// 对此文件进行读写操作
// ....
// 释放锁
lock.release();

文件锁要通过 FileChannel 对象使用。

4、获取文件锁方法

有 4 中获取文件锁的方法：

lock() // 对整个文件加锁，默认为排他锁

lock(long position, long size, boolean shared) // 自定义加锁方式。前面两个参数指定要加锁的部分（可以只对此文件的部分内容加锁），第三个参数值指定是否共享锁。

trylock() // 对整个文件加锁，默认为排他锁。

trylock(long position, long size, boolean shared) // 自定义加锁方式。如果指定为共享锁，则其他进程可以读此文件，所有进程均不能写此文件，如果某进程视图对此文件进行写操作，会抛出异常。

5、lock 与 trylock 区别

lock 是阻塞式的，如果未获取到文件锁，会一直阻塞当前线程，知道获取文件锁。

trylock 和 lock 的作用相同，只不过 trylock 是非阻塞式的，trylock 是尝试获取文件锁，获取成功后就返回锁对象，否则返回 null，不会阻塞当前线程。

6、fileLock 两个方法

boolean isShared() // 此文件锁是否共享锁

boolean isValid() // 此文件锁是否还有效果

在某些 OS 上，对某个文件加锁后，不能对此文件使用通道映射。

7、完整示例

public class FileLockDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String input = "hello!";
        System.out.println(input);
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(input.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        String pathName = "/xxx/01.txt";
        Path path = Paths.get(pathName);
        FileChannel fileChannel = FileChannel.open(path,
                                                   StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.APPEND);
        fileChannel.position(fileChannel.size() - 1);
        // 加锁
        FileLock lock = fileChannel.lock();
    // 如果是共享锁则不能执行后续的 write 操作
        //FileLock lock = fileChannel.lock(0, Long.MAX_VALUE, true);
        
        System.out.println("isShared: " + lock.isShared());
        fileChannel.write(buffer);
        fileChannel.close();
        readFile(pathName);
    }
    private static void readFile(String pathName) throws IOException {
        FileReader fileReader = new FileReader(pathName);
        BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(fileReader);
        String str = bufferedReader.readLine();
        System.out.println("读取内容：");
        while (str != null) {
            System.out.println("  " + str);
            str = bufferedReader.readLine();
        }
        fileReader.close();
        bufferedReader.close();
    }

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深入理解Java NIO中的管道（Pipe）与文件锁定（FileLock）机制

1、创建通道

2、写入通道

3、从管道读取数据

4、示例

FileLock 简介

2、文件锁分配

3、使用示例

4、获取文件锁方法

5、lock 与 trylock 区别

6、fileLock 两个方法

7、完整示例

Java NIO中的文件锁定机制（FileLock）详解

深入理解Java NIO中的管道（Pipe）与文件锁定（FileLock）机制