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 ByteBufferByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);// 写入数据到 Bufferfor (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 ByteBufferByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);// 从 Channel 读取数据到 Bufferint 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 BufferbytesRead = 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 ServerSocketChannelServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));serverChannel.configureBlocking(false);// 打开 SelectorSelector 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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