IO系列(四) - RandomAccessFile 类解读

news2024/9/23 1:38:48

一、摘要

RandomAccessFile 类，也被称为随机访问文件类。

RandomAccessFile 可以说是 Java 体系中功能最为丰富的文件操作类，相比之前介绍的通过字节流或者字符流接口方式读写文件，RandomAccessFile 类可以跳转到文件的任意位置处进行读写数据，而无需把文件从头读到尾，但是该类仅限于操作文件，不能访问其他的 IO 设备，如网络、内存映像等。

所以如果需要访问文件的部分内容，而不是把文件从头读到尾，使用 RandomAccessFile 将是更好的选择。

实际上，虽然RandomAccessFile类具备随机读写数据的功能，但是它既不是InputStream的子类，也不是OutputStream的子类，绝大部分的方法都是从零开始写的，这可能是因为 RandomAccessFile 需要在文件里面前后移动，它的行为与其它的 I/O 类有着根本性的不同，所以相对比较独立。

RandomAccessFile对象类中内置了一个位置指示器，可以指向当前读写处的位置，当读写 n 个字节后，文件指示器将指向这 n 个字节后的下一个字节处。刚打开文件时，文件指示器指向文件的开头处，当移动文件指示器到新的位置时，随后的读写将从新的位置开始，这是它与其他的文件读写方式最大的不同。

基本上，RandomAccessFile的工作方式是，结合DataInputStream和DataOutputStream类完成数据的读写，再加上自己的一些方法，比如定位用的 getFilePointer方法，在文件里移动用的seek方法，以及判断文件大小length方法、跳过多少字节数的skipBytes方法等，来完成文件的随机访问和读写操作。

具体怎么使用呢，我们一起来看看！

二、RandomAccessFile 类基本介绍

下面先来看看一个简单的例子。

// 获取随机访问文件对象
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(new File("randomFileDemo.txt"), "rw");
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    // 写入数据，1个int占4个字节
    raf.writeInt(i);
}
raf.close();

System.out.println("================修改前的内容===============" );
// 重新获取随机访问文件对象
raf = new RandomAccessFile(new File("randomFileDemo.txt"), "rw");
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    System.out.println("Value：" + i + ": " + raf.readInt());
}
raf.close();

// 重新获取随机访问文件对象
raf = new RandomAccessFile(new File("randomFileDemo.txt"), "rw");
// 设置文件指针偏移量，从0开始，直接将文件指针移到第6个int数据后面（1个int占4个字节）
raf.seek(5 * 4);
//覆盖第6个int数据
raf.writeInt(16);
raf.close();

System.out.println("================修改后的内容===============" );
// 重新获取随机访问文件对象
raf = new RandomAccessFile(new File("randomFileDemo.txt"), "rw");
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    System.out.println("Value：" + i + ": " + raf.readInt());
}
raf.close();

输出结果：

================修改前的内容===============
Value：0: 0
Value：1: 1
Value：2: 2
Value：3: 3
Value：4: 4
Value：5: 5
Value：6: 6
Value：7: 7
Value：8: 8
Value：9: 9
================修改后的内容===============
Value：0: 0
Value：1: 1
Value：2: 2
Value：3: 3
Value：4: 4
Value：5: 16
Value：6: 6
Value：7: 7
Value：8: 8
Value：9: 9

RandomAccessFile类为用户提供了两种构造方法，具体操作方式如下：

// 第一种构造方法：指定 file 对象和读写模式
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(File file, String mode);

// 第二种构造方法：指定 filename 路径和读写模式
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(String filename, String mode);

其实第二种构造方法也是new File()出来，再调用第一种构造方法，两者都可以获取随机访问文件对象。

至于mode，表示以何种方式打开文件，Java给开发者提供了四种mode值，具体解释如下！

值得注意的地方是，"rw"模式下，Java 并不强求指定的路径下一定存在某个文件，假如文件不存在，会自动创建。

RandomAccessFile类为用户提供的方法比较多，我们可以关注下几个重要的方法即可，详细方法如下图！

方法的使用，可以参考如下样例：

RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("file.txt", "rw");
// 以下向file文件中写数据
file.writeInt(20);// 占4个字节
file.writeDouble(8.236598);// 占8个字节
file.writeUTF("这是一个UTF字符串");// 这个长度写在当前文件指针的前两个字节处，可用readShort()读取
file.writeBoolean(true);// 占1个字节
file.writeShort(395);// 占2个字节
file.writeLong(2325451L);// 占8个字节
file.writeUTF("又是一个UTF字符串");
file.writeFloat(35.5f);// 占4个字节
file.writeChar('a');// 占2个字节

file.seek(0);// 把文件指针位置设置到文件起始处

// 以下从file文件中读数据，要注意文件指针的位置
System.out.println("——————从file文件指定位置读数据——————");
System.out.println(file.readInt());
System.out.println(file.readDouble());
System.out.println(file.readUTF());

file.skipBytes(3);// 将文件指针跳过3个字节，本例中即跳过了一个boolean值和short值。
System.out.println(file.readLong());

file.skipBytes(file.readShort()); // 跳过文件中“又是一个UTF字符串”所占字节，注意readShort()方法会移动文件指针，所以不用加2。
System.out.println(file.readFloat());

//以下演示文件复制操作
System.out.println("——————文件复制（从file到fileCopy）——————");
file.seek(0);
RandomAccessFile fileCopy=new RandomAccessFile("fileCopy.txt","rw");
int len=(int)file.length();//取得文件长度（字节数）
byte[] b=new byte[len];
file.readFully(b);//读取全部内容
fileCopy.write(b);//全部写入目标文件
System.out.println("复制完成！");

根据以上的方法介绍，我们可以利用RandomAccessFile实现一个在任意位置插入数据的操作，具体实例如下：

public class RandomAccessFileTest1 {

    /**
     * 插入数据
     * @param skip 跳过多少过字节进行插入数据
     * @param str 要插入的字符串
     * @param fileName 文件路径
     */
    public static void insert(long skip, String str, String fileName){
        try {
            RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(fileName,"rw");
            if(skip <  0 || skip > raf.length()){
                System.out.println("跳过字节数无效");
                return;
            }
            byte[] b = str.getBytes();
            raf.setLength(raf.length() + b.length);
            // 将尾部数据进行迁移
            for(long i = raf.length() - 1; i > b.length + skip - 1; i--){
                raf.seek(i - b.length);
                byte temp = raf.readByte();
                raf.seek(i);
                raf.writeByte(temp);
            }
            // 从指定的位置，开始覆写数据
            raf.seek(skip);
            raf.write(b);
            raf.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 方法测试
     * @param args
     * @throws Exception
     */
    public static void main(String[] args) {
        insert(0, "一起学习Java", "test.txt");
        insert(0, "Hello，", "test.txt");
    }
}

文件内容结果如下：

Hello，一起学习Java

三、RandomAccessFile 类的应用

在实际的开发过程中，RandomAccessFile 的一个重要应用场景就是网络请求中的文件多线程下载及断点续传。

首先将文件分成几块，然后每块用不同的线程进行下载，下面是一个利用多线程在写文件时的例子：

public class RandomAccessFileTest2 {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 预分配文件所占的磁盘空间，磁盘中会创建一个指定大小的文件
        RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("test.txt", "rw");
        raf.setLength(1024*1024); // 预分配 1M 的文件空间
        raf.close();

        // 所要写入的文件内容
        String s1 = "第一个字符串";
        String s2 = "第二个字符串";
        String s3 = "第三个字符串";
        String s4 = "第四个字符串";
        String s5 = "第五个字符串";

        // 利用多线程同时写入一个文件
        new FileWriteThread(1024*1,s1.getBytes()).start(); // 从文件的1024字节之后开始写入数据
        new FileWriteThread(1024*2,s2.getBytes()).start(); // 从文件的2048字节之后开始写入数据
        new FileWriteThread(1024*3,s3.getBytes()).start(); // 从文件的3072字节之后开始写入数据
        new FileWriteThread(1024*4,s4.getBytes()).start(); // 从文件的4096字节之后开始写入数据
        new FileWriteThread(1024*5,s5.getBytes()).start(); // 从文件的5120字节之后开始写入数据
    }
}

class FileWriteThread extends Thread{
    private int skip;
    private byte[] content;

    public FileWriteThread(int skip,byte[] content){
        this.skip = skip;
        this.content = content;
    }

    @Override
    public void run(){
        RandomAccessFile raf = null;
        try {
            // 利用线程在文件的指定位置写入指定数据
            raf = new RandomAccessFile("test.txt", "rw");
            raf.seek(skip);
            raf.write(content);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                raf.close();
            } catch (Exception e) {
            }
        }
    }
}

四、小结

本文主要围绕 RandomAccessFile 类的基本概念和常用方法，做了一次简单的知识总结，该类是 IO 流体系中功能最丰富的文件内容访问类，既可以读取文件中任意位置的内容，也可以向文件任意位置写入数据。

当然 RandomAccessFile 当读写大文件的时候，会出现内存溢出问题，此时可以采用内存映射文件方式进行读写数据，关于技术会在后期的文章中进行介绍。

内容难免有所遗漏，欢迎网友留言指出！

五、参考

1、博客园 - 五月的仓颉 - RandomAccessFile

2、csdn - akon_vm - Java RandomAccessFile用法

六、写到最后

最近无意间获得一份阿里大佬写的技术笔记，内容涵盖 Spring、Spring Boot/Cloud、Dubbo、JVM、集合、多线程、JPA、MyBatis、MySQL 等技术知识。需要的小伙伴可以点击如下链接获取，资源地址：技术资料笔记。

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