Java I/O 与 NIO：深入文件和网络编程
引言
在现代应用程序中，I/O操作（输入/输出）是必不可少的部分，无论是文件读写还是网络通信。在本篇文章中，我们将深入探讨Java的I/O系统，包括传统的I/O（java.io包）和新I/O（NIO，java.nio包）。通过理解和掌握这些技术，你将能够编写高效的文件操作和网络通信程序。
Java I/O
Java I/O API 提供了丰富的类和接口，用于处理文件、流和其他I/O操作。以下是一些常用的I/O类和其使用方法。
文件操作
文件创建与删除
import java.io.File;
import java.io.IOException;
public class FileExample {
public static void main(String[] args) {
File file = new File("example.txt");
try {
// 创建新文件
if (file.createNewFile()) {
System.out.println("File created: " + file.getName());
} else {
System.out.println("File already exists.");
}
// 删除文件
if (file.delete()) {
System.out.println("Deleted the file: " + file.getName());
} else {
System.out.println("Failed to delete the file.");
}
} catch (IOException e) {
System.out.println("An error occurred.");
e.printStackTrace();
}
}
}
文件读写
使用 FileReader 和 FileWriter
import java.io.FileWriter;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
public class FileReadWriteExample {
public static void main(String[] args) {
try {
// 写入文件
FileWriter writer = new FileWriter("example.txt");
writer.write("Hello, World!");
writer.close();
System.out.println("Successfully wrote to the file.");
// 读取文件
FileReader reader = new FileReader("example.txt");
int character;
while ((character = reader.read()) != -1) {
System.out.print((char) character);
}
reader.close();
} catch (IOException e) {
System.out.println("An error occurred.");
e.printStackTrace();
}
}
}
使用 BufferedReader 和 BufferedWriter
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
public class BufferedReadWriteExample {
public static void main(String[] args) {
try {
// 使用 BufferedWriter 写入文件
BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter("example.txt"));
writer.write("Hello, Buffered World!");
writer.newLine();
writer.write("This is another line.");
writer.close();
// 使用 BufferedReader 读取文件
BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("example.txt"));
String line;
while ((line = reader.readLine()) != null) {
System.out.println(line);
}
reader.close();
} catch (IOException e) {
System.out.println("An error occurred.");
e.printStackTrace();
}
}
}
Java NIO
Java NIO（New I/O）引入了非阻塞I/O操作，提供了更高效的文件和网络操作。以下是一些NIO的核心概念和使用示例。
Buffer
Buffer 是NIO中的一个重要概念，用于读写数据。ByteBuffer是最常用的Buffer类型。
import java.nio.ByteBuffer;
public class BufferExample {
public static void main(String[] args) {
// 分配一个容量为 48 字节的 ByteBuffer
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
// 写入数据到 Buffer
for (int i = 0; i < buffer.capacity(); i++) {
buffer.put((byte) i);
}
// 翻转 Buffer，准备读取数据
buffer.flip();
// 从 Buffer 读取数据
while (buffer.hasRemaining()) {
System.out.print(buffer.get() + " ");
}
}
}
Channel
Channel 是一种新的数据传输方式，FileChannel 是用于文件操作的常用Channel。
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.io.IOException;
public class ChannelExample {
public static void main(String[] args) {
try {
RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("example.txt", "rw");
FileChannel channel = file.getChannel();
// 创建一个 ByteBuffer
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
// 从 Channel 读取数据到 Buffer
int bytesRead = channel.read(buffer);
while (bytesRead != -1) {
buffer.flip(); // 切换 Buffer 为读模式
while (buffer.hasRemaining()) {
System.out.print((char) buffer.get());
}
buffer.clear(); // 清空 Buffer
bytesRead = channel.read(buffer);
}
file.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
Selector
Selector 允许一个线程管理多个 Channel，用于非阻塞I/O操作。
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
public class SelectorExample {
public static void main(String[] args) {
try {
// 打开 ServerSocketChannel
ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));
serverChannel.configureBlocking(false);
// 打开 Selector
Selector selector = Selector.open();
serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (true) {
selector.select();
Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> iterator = selectedKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
SelectionKey key = iterator.next();
if (key.isAcceptable()) {
// 接受新连接
SocketChannel client = serverChannel.accept();
client.configureBlocking(false);
client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
} else if (key.isReadable()) {
// 读取数据
SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(256);
client.read(buffer);
String output = new String(buffer.array()).trim();
System.out.println("Message received: " + output);
client.close();
}
iterator.remove();
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
文件操作与NIO 2.0
Java 7引入了NIO 2.0，增强了文件操作功能，简化了文件的读写、复制、移动和删除等操作。
文件读取和写入
使用Files类可以轻松读取和写入文件。
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;
import java.io.IOException;
import java.util.List;
public class NIO2FileReadWriteExample {
public static void main(String[] args) {
try {
// 写入文件
String content = "Hello, NIO 2.0!";
Files.write(Paths.get("example.txt"), content.getBytes());
// 读取文件
List<String> lines = Files.readAllLines(Paths.get("example.txt"));
for (String line : lines) {
System.out.println(line);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
文件复制、移动和删除
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;
import java.io.IOException;
public class NIO2FileOperationsExample {
public static void main(String[] args) {
try {
// 复制文件
Files.copy(Paths.get("example.txt"), Paths.get("example_copy.txt"));
// 移动文件
Files.move(Paths.get("example_copy.txt"), Paths.get("example_moved.txt"));
// 删除文件
Files.delete(Paths.get("example_moved.txt"));
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
总结
在本篇文章中，我们详细探讨了Java的I/O系统，包括传统的I/O（java.io包）和新I/O（java.nio包）。通过学习文件读写、使用Buffer和Channel、以及非阻塞I/O操作，你可以编写高效的文件操作和网络通信程序。掌握这些技术将使你能够应对各种I/O需求，提高程序的性能和可靠性。
在接下来的文章中，我们将继续深入探索Java的其他高级特性和实际应用，希望你能继续关注并享受学习的过程！
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