Java 中的 IO 和 NIO

Java IO 介绍

Java IO（Input/Output）流是用于处理输入和输出数据的机制。它提供了一种标准化的方式来读取和写入数据，可以与文件、网络、标准输入输出等进行交互。

Java IO流主要分为两个流模型：字节流（Byte Stream）和字符流（Character Stream）。

字节流（Byte Stream）

• InputStream：字节输入流的抽象基类，用于从源中读取字节数据。
• OutputStream：字节输出流的抽象基类，用于向目标中写入字节数据。

常见的字节流实现类包括：

• FileInputStream：从文件中读取字节数据。
• FileOutputStream：将字节数据写入文件。
• BufferedInputStream/BufferedOutputStream：带有缓冲区的字节流，提高读写效率。

字符流（Character Stream）

• Reader：字符输入流的抽象基类，用于从源中读取字符数据。
• Writer：字符输出流的抽象基类，用于向目标中写入字符数据。

常见的字符流实现类包括：

• FileReader：从文件中读取字符数据。
• FileWriter：向文件中写入字符数据。
• BufferedReader/BufferedWriter：带有缓冲区的字符流，提高读写效率。

使用Java IO流的一般步骤如下：

• 打开流：通过实例化相应的流对象，与输入或输出源建立连接。
• 读取或写入数据：通过流对象提供的方法进行数据的读取或写入操作。
• 关闭流：使用完流后，需要显式地关闭流，释放资源。

示例

// 需要注意的是，在使用流操作完成后，我们应该及时关闭流以释放资源，以上述代码为例，使用了try-with-resources语句来实现自动关闭流。
try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt");
     BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);
     FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt");
     BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fos)) {
    byte[] buffer = new byte[1024];
    int bytesRead;
    while ((bytesRead = bis.read(buffer)) != -1) {
        bos.write(buffer, 0, bytesRead);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

Java NIO（New IO）介绍

Java NIO（New IO）是Java 1.4版本引入的一套新的IO API，提供了更高效、更灵活的IO操作方式。

相比于传统的Java IO（InputStream/OutputStream），Java NIO主要有以下几个特点：

• 通道（Channel）和缓冲区（Buffer）：Java NIO使用通道来进行数据的读写，而不再依赖于流。通道可以双向传输数据，并且与底层操作系统交互的能力更强。数据通过缓冲区进行传输，可以提高IO操作的效率。
• 非阻塞IO：Java NIO支持非阻塞IO操作，可以实现一个线程处理多个连接（例如网络连接），提高系统的并发性能。
• 选择器（Selector）：选择器是Java NIO提供的一种多路复用机制，可以用于监控多个通道的事件（如连接建立、数据到达等），从而实现高效的事件驱动编程模型。
• 字符集编解码器：Java NIO提供了字符集编解码器，可以方便地进行字符集转换，支持Unicode、UTF-8等多种字符集。

使用Java NIO进行IO操作的一般步骤如下：

• 打开通道（Channel）：通过调用特定的通道类的open()方法打开一个通道。
• 创建缓冲区（Buffer）：创建适当大小的缓冲区，用于在通道和应用程序之间传输数据。
• 读写数据：通过通道和缓冲区进行数据的读取和写入操作。
• 关闭通道：使用完通道后，需要显式关闭通道以释放资源。

示例

try (RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("file.txt", "rw");
    FileChannel channel = file.getChannel()) {
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    int bytesRead = channel.read(buffer);
    while (bytesRead != -1) {
        buffer.flip();
        while (buffer.hasRemaining()) {
            System.out.print((char) buffer.get());
        }
        buffer.clear();
        bytesRead = channel.read(buffer);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

Java NIO提供了更高效、更灵活的IO处理方式，适用于需要处理大量连接或需要高性能和低延迟的场景。相比于传统的Java IO，它可以更好地满足现代应用对IO操作的需求。但需要注意的是，Java NIO的API较为复杂，使用时需要仔细理解和学习。

windows 安装 ffmpeg

choco install ffmpeg
choco install ffmpeg-full

完整示例

package java_io_nio;

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardCopyOption;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class FileUtils {

    /**
     * 拷贝文件 FileInputStream、FileOutputStream、BufferedInputStream、BufferedOutputStream 应用
     * @param intputFilePath 输入文件
     * @param outputFilePath 输出文件
     */
    public static void copyFileByPath(String intputFilePath, String outputFilePath){
        try(FileInputStream fis = new FileInputStream(intputFilePath);
            BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream(outputFilePath, false);
            BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fos)){
          byte[] buffer = new byte[1024];
          int bytesRead;
          while ((bytesRead = bis.read(buffer)) != -1){
            bos.write(buffer, 0, bytesRead);
          }
        }catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    /**
     * 读取文件内容 BufferedReader 应用
     * @param filePath 文件路径
     * @return
     */
    public static String readFromFile(String filePath){
        StringBuffer result = new StringBuffer();
        try (FileInputStream fr = new FileInputStream(filePath);
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fr, StandardCharsets.UTF_8);
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr)) {
          String line;
          while((line = br.readLine()) != null){
            result.append(line);
          }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return result.toString();
    }

    /**
     * 写入文件 BufferedWriter 应用
     * @param filePath 文件路径
     * @param content 文件内容
     */
    public static void writeToFile(String filePath, String content){
        try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream(filePath);
            OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(fos, StandardCharsets.UTF_8);
            BufferedWriter bw = new BufferedWriter(osw)) {
          bw.write(content);
          bw.newLine();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 文件拷贝 NIO 应用
     * @param sourcePath 源文件
     * @param targetPath 目标文件
     */
    public static void transferFile(String sourcePath, String targetPath){
        Path sPath = Paths.get(sourcePath);
        Path tPath = Paths.get(targetPath);

        try {
            Files.copy(sPath, tPath, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 视频格式转换 NIO 应用
     * @param inputPath 源格式
     * @param outputPath 目标格式
     */
    public static void videoFormatConversion(String inputPath, String outputPath){
        try {
            // 输入视频文件路径
            Path iPath = Paths.get(inputPath);

            // 输出转换后的视频文件路径
            Path oPath = Paths.get(outputPath);

            // 构建 FFmpeg 命令
            String ffmpegCommand = "ffmpeg -i " + iPath.toString() + " -c:v copy -c:a copy " + oPath.toString();

            // 执行 FFmpeg 命令
            Process process = Runtime.getRuntime().exec(ffmpegCommand);
            process.waitFor();

            // 检查转换后的文件是否存在
            if (Files.exists(oPath)) {
                System.out.println("视频格式转换成功！");
            } else {
                System.out.println("视频格式转换失败！");
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 读取数据 NIO 应用
     * @param socketChannel
     */
    private static void handleClientRequest(SocketChannel socketChannel) {
        try {
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            int bytesRead = socketChannel.read(buffer);

            while (bytesRead != -1) {
                buffer.flip();

                while (buffer.hasRemaining()) {
                    System.out.print((char) buffer.get());
                }

                buffer.clear();
                bytesRead = socketChannel.read(buffer);
            }

            socketChannel.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        copyFileByPath("D:\\project\\uploadPath\\file_0.png", "D:\\project\\uploadPath\\file_1.png");

        String fileContent = readFromFile("D:\\project\\uploadPath\\test.txt");
        System.out.println("文件内容：" + fileContent);

        writeToFile("D:\\project\\uploadPath\\test.txt", "测试内容");

        transferFile("D:\\project\\uploadPath\\file_0.png", "D:\\project\\uploadPath\\file_2.png");

        videoFormatConversion("D:\\project\\uploadPath\\file_0.mp4", "D:\\project\\uploadPath\\file_0.mov");

        // NIO 网络编程
        try {
            // 创建 ServerSocketChannel
            ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
            serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));
            serverSocketChannel.configureBlocking(false);

            System.out.println("服务器已启动，监听端口 8080...");

            // 创建线程池
            ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

            while (true) {
                // 监听客户端连接
                SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();

                if (socketChannel != null) {
                    System.out.println("客户端连接成功！");

                    // 处理客户端请求的任务提交给线程池执行
                    executorService.submit(() -> handleClientRequest(socketChannel));
                }
            }

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

参考文献

ffmpeg 下载