詳解Java多線程和IO流的應用
Java多線程和流的應用
最近看到了一個例子，是使用多線程的方式下載文件，感覺很有趣，探索了一下，并且嘗試了使用多線程進行本地復制文件。寫完之后，發(fā)現了這兩個其實很相似，無論是本地文件復制，還是網絡多線程下載，對于流的使用都是一樣的。對于本地文件系統(tǒng)來說，輸入流就是從本地文件系統(tǒng)的一個文件來獲取，對于網絡資源來說，是從遠處服務器上的一個文件來獲取。
注： 雖然這個多線程下載的代碼，很多人都寫過了，不過應該不是所有人都能理解吧，我這里就再寫一遍，哈。
使用多線程的一個顯而易見的好處就是：利用空閑的 CPU，加快速度。 但是注意不是線程越多越好，雖然好像n個線程一起下載，每個線程下載一小部分，下載時間就會變?yōu)?/n 了。這是很淺顯的認識，就好像一個人蓋一個房子需要100天，難道10000個人，只需要1/10 天一樣了？（這是一個夸張的說法，哈哈?。?/p>
線程之間的切換也是需要系統(tǒng)開銷的，線程的數目還是要控制在一個合理的范圍內才行。
RamdomAccessFile
這個類比較獨特，它即可以從文件中讀取數據，也可以向文件中寫入數據。但是它不是 OutputStream 和 InputStream 的子類，它是實現了這兩個接口 DataOutput 、DataInput 的一個類。
API 中的介紹：
該類的實例支持讀取和寫入隨機訪問文件。 隨機訪問文件的行為類似于存儲在文件系統(tǒng)中的大量字節(jié)。 有一種游標，或索引到隱含的數組，稱為文件指針 ; 輸入操作讀取從文件指針開始的字節(jié)，并使文件指針超過讀取的字節(jié)。 如果在讀/寫模式下創(chuàng)建隨機訪問文件，則輸出操作也可用; 輸出操作從文件指針開始寫入字節(jié)，并將文件指針提前到寫入的字節(jié)。 寫入隱式數組的當前端的輸出操作會導致擴展數組。 文件指針可以通過讀取getFilePointer方法和由設置seek方法。
所以，這個類最重要的就是 seek 方法了，使用 seek 方法，可以控制寫入的位置，所以實現多線程就容易的多了。因此，無論是本地文件復制，還是網絡多線程下載都需要這個類的作用。
具體思路是： 首先使用 RandomAccessFile 創(chuàng)建一個 File 對象，然后設置這個文件的大小。（對的，它可以直接設置文件的大小。）將這個文件設置成和要復制或下載的文件一樣的。（雖然我們并沒有向這個文件中寫入數據，但是這個文件已經創(chuàng)建了。）將文件分為若干部分，使用線程復制或者下載每一部分的內容。
這有點類似文件的覆蓋，如果一個已經存在的文件，從這個文件的頭部開始寫入數據，一直寫到文件的尾部，那么原來的文件就不存在了，變成了寫入的新文件。
設置文件大小：
private static void createOutputFile(File file, long length) throws IOException {
try (
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(file, "rw")){
raf.setLength(length);
}
}
用圖片來說明： 這個圖表示一個 8191 字節(jié)大小的文件： 每一個部分大小是：8191 / 4 = 2047字節(jié)
將這個文件的分為四個部分，每一個部分使用一個線程進行復制或下載，其中每一個箭頭代表一個線程的開始下載位置。我特意將最后一個部分，沒有設置為 1024 byte，這是因為文件很少是正好能被 1024 byte 整除的。（之所以使用 1024 byte，是因為我每次會讀取 1024 byte，如果讀取到 1024 byte的話， 否則寫入讀取到的相應字節(jié)數）。
按照這個示意圖，每一個線程下載 2047 byte，那么總共下載的字節(jié)數是：2047 * 4 = 8188 字節(jié) < 8191 字節(jié)（文件的總大?。?/strong> 所以這就產生了一個問題，下載的字節(jié)數少于總字節(jié)數，這就是問題了，所以必須要下載的字節(jié)數大于總字節(jié)數才行。（多了沒有關系，因為多下載的部分，會被后面的給覆蓋掉，不會產生了問題。）
所以每個部分的大小應該是：8191 / 4 + 1 = 2048 字節(jié)。（這樣四部分的大小相加是超過總大小的，不會發(fā)生數據的丟失問題。）
所以，這里這個加 1 是很有必要的。
long size = len / FileCopyUtil.THREAD_NUM + 1;
每個線程下載完成的位置（右邊） 每個線程，只復制下載自己的那部分，所以不需要全部下載完所有的內容，所以讀取文件數據并寫入文件的部分，會多加一個判斷。
這里增加一個計數器：curlen。它表示是當前復制或者下載的長度，然后每次讀取后和 size（每部分的大?。┻M行比較，如果 curlen 大于 size 就表示相應的部分下載完成了（當然了，這些都要在數據沒有讀取完的條件下判斷）。
try (
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(targetFile));
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(outputFile, "rw")){
bis.skip(position);
raf.seek(position);
int hasRead = 0;
byte[] b = new byte[1024];
long curlen = 0;
while(curlen < size && (hasRead = bis.read(b)) != -1) {
raf.write(b, 0, hasRead);
curlen += (long)hasRead;
}
System.out.println(n+" "+position+" "+curlen+" "+size);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
還有需要注意的是，每個線程下載的時候都要： 1. 輸出流設置文件指針的位置。 2. 輸入流跳過不需要讀取的字節(jié)。
這是很重要的一步，應該是很好理解的。
bis.skip(position); raf.seek(position);
多線程本地文件復制（完整代碼）
package dragon;
import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
/**
* 用于進行文件復制，但不是常規(guī)的文件復制 。
* 準備仿照瘋狂Java，寫一個多線程的文件復制工具。
* 即可以本地復制和網絡復制
* */
/**
* 設計思路：
* 獲取目標文件的大小，然后設置復制文件的大?。ㄟ@樣做是有好處的），
* 然后使用將文件分為 n 分，使用 n 個線程同時進行復制（這里我將 n 取為 4）。
*
* 可以進一步拓展：
* 加強為斷點復制功能，即程序中斷以后，
* 仍然可以繼續(xù)從上次位置恢復復制，減少不必要的重復開銷
* */
public class FileCopyUtil {
//設置一個常量，復制線程的數量
private static final int THREAD_NUM = 4;
private FileCopyUtil() {}
/**
* @param targetPath 目標文件的路徑
* @param outputPath 復制輸出文件的路徑
* @throws IOException
* */
public static void transferFile(String targetPath, String outputPath) throws IOException {
File targetFile = new File(targetPath);
File outputFilePath = new File(outputPath);
if (!targetFile.exists() || targetFile.isDirectory()) { //目標文件不存在，或者是一個文件夾，則拋出異常
throw new FileNotFoundException("目標文件不存在："+targetPath);
}
if (!outputFilePath.exists()) { //如果輸出文件夾不存在，將會嘗試創(chuàng)建，創(chuàng)建失敗，則拋出異常。
if(!outputFilePath.mkdir()) {
throw new FileNotFoundException("無法創(chuàng)建輸出文件："+outputPath);
}
}
long len = targetFile.length();
File outputFile = new File(outputFilePath, "copy"+targetFile.getName());
createOutputFile(outputFile, len); //創(chuàng)建輸出文件，設置好大小。
long[] position = new long[4];
//每一個線程需要復制文件的起點
long size = len / FileCopyUtil.THREAD_NUM + 1;
for (int i = 0; i < FileCopyUtil.THREAD_NUM; i++) {
position[i] = i*size;
copyThread(i, position[i], size, targetFile, outputFile);
}
}
//創(chuàng)建輸出文件，設置好大小。
private static void createOutputFile(File file, long length) throws IOException {
try (
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(file, "rw")){
raf.setLength(length);
}
}
private static void copyThread(int i, long position, long size, File targetFile, File outputFile) {
int n = i; //Lambda 表達式的限制，無法使用變量。
new Thread(()->{
try (
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(targetFile));
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(outputFile, "rw")){
bis.skip(position); //跳過不需要讀取的字節(jié)數，注意只能先后跳
raf.seek(position); //跳到需要寫入的位置，沒有這句話，會出錯，但是很難改。
int hasRead = 0;
byte[] b = new byte[1024];
/**
* 注意，每個線程只是讀取一部分數據，不能只以 -1 作為循環(huán)結束的條件
* 循環(huán)退出條件應該是兩個，即寫入的字節(jié)數大于需要讀取的字節(jié)數 或者 文件讀取結束（最后一個線程讀取到文件末尾）
*/
long curlen = 0;
while(curlen < size && (hasRead = bis.read(b)) != -1) {
raf.write(b, 0, hasRead);
curlen += (long)hasRead;
}
System.out.println(n+" "+position+" "+curlen+" "+size);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
}
}
多線程網絡下載（完整代碼）
package dragon;
import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.net.URL;
import java.net.URLConnection;
/*
* 多線程下載文件：
* 通過一個 URL 獲取文件輸入流，使用多線程技術下載這個文件。
* */
public class FileDownloadUtil {
//下載線程數
private static final int THREAD_NUM = 4;
/**
* @param url 資源位置
* @param output 輸出路徑
* @throws IOException
* */
public static void transferFile(String url, String output) throws IOException {
init(output);
URL resource = new URL(url);
URLConnection connection = resource.openConnection();
//獲取文件類型
String type = connection.getContentType();
if (type != null) {
type = "."+type.split("/")[1];
} else {
type = "";
}
//創(chuàng)建文件，并設置長度。
long len = connection.getContentLength();
String filename = System.currentTimeMillis()+type;
try (RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(new File(output, filename), "rw")){
raf.setLength(len);
}
//為每一個線程分配相應的下載其實位置
long size = len / THREAD_NUM + 1;
long[] position = new long[THREAD_NUM];
File downloadFile = new File(output, filename);
//開始下載文件: 4個線程
download(url, downloadFile, position, size);
}
private static void download(String url, File file, long[] position, long size) throws IOException {
//開始下載文件: 4個線程
for (int i = 0 ; i < THREAD_NUM; i++) {
position[i] = i * size; //每一個線程下載的起始位置
int n = i; // Lambda 表達式的限制，無法使用變量
new Thread(()->{
URL resource = null;
URLConnection connection = null;
try {
resource = new URL(url);
connection = resource.openConnection();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try (
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(connection.getInputStream());
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(file, "rw")){ //每個流一旦關閉，就不能打開了
raf.seek(position[n]); //跳到需要下載的位置
bis.skip(position[n]); //跳過不需要下載的部分
int hasRead = 0;
byte[] b = new byte[1024];
long curlen = 0;
while(curlen < size && (hasRead = bis.read(b)) != -1) {
raf.write(b, 0, hasRead);
curlen += (long)hasRead;
}
System.out.println(n+" "+position[n]+" "+curlen+" "+size);
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}) .start();
}
}
private static void init(String output) throws FileNotFoundException {
File path = new File(output);
if (!path.exists()) {
if (!path.mkdirs()) {
throw new FileNotFoundException("無法創(chuàng)建輸出路徑："+output);
}
} else if (path.isFile()) {
throw new FileNotFoundException("輸出路徑不是一個目錄："+output);
}
}
}
測試代碼及結果
因為這個多線程文件復制和多線程下載是很相似的，所以就放在一起測試了。我也想將兩個寫在一個類里面，這樣可以做成方法的重載調用。 文件復制的第一個參數可以是 String 或者 URI。 使用這個作為目標文件的參數。
public File(URI uri)
網絡文件下載的第一個參數，可以使用 String 或者是 URL。 不過，因為先寫的這個文件復制，后寫的多線程下載，就沒有做這部分。不過現在這樣功能也達到了，可以進行本地文件的復制（多線程）和網絡文件的下載（多線程）。
package dragon;
import java.io.IOException;
public class FileCopyTest {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//復制文件
long start = System.currentTimeMillis();
try {
FileCopyUtil.transferFile("D:\\DB\\download\\timg.jfif", "D:\\DBC");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
long time = System.currentTimeMillis()-start;
System.out.println("time: "+time);
//下載文件
start = System.currentTimeMillis();
FileDownloadUtil.transferFile("https://timgsa.baidu.com/timg?image&quality=80&size=b9999_10000&sec=1578151056184&di=594a34f05f3587c31d9377a643ddd72e&imgtype=0&src=http%3A%2F%2Fn.sinaimg.cn%2Fsinacn%2Fw1600h1000%2F20180113%2F0bdc-fyqrewh5850115.jpg", "D:\\DB\\download");
System.out.println("time: "+(System.currentTimeMillis()-start));
}
}
運行截圖： 注意：這里這個時間并不是復制和下載需要的時間，實際上它沒有這個功能！
注意：雖然兩部分代碼是相同的，但是第三列數字，卻不是完全相同的，這個似乎是因為本地和網絡得區(qū)別吧。但是最后得文件是完全相同的，沒有問題得。（我本地文件復制得是網絡下載得那張圖片，使用圖片進行測試有一個好處，就是如果錯了一點（字節(jié)數目不對），這個圖片基本上就會產生問題。）
產生錯誤之后的圖片： 圖片無法正常顯示，會出現很多的問題，這就說明一定是代碼寫錯了，哈哈。不過代碼的 bug 有時候還是很費時間的。
總結
多線程復制和多線程下載，對于IO 流的使用都是相同的，所以掌握好IO 流的使用是很關鍵的一步，這樣就可以做很多很有趣的事情了。將IO流結合線程和網絡是一片廣闊的天地，但是我也是最近才看了一點網絡的知識。（網絡是很難的，寫這個多線程下載就遇到了一些網絡類上面的問題。）
使用計時器實現了多線程復制文件的斷點復制功能，感興趣的可以了解一下。 多線程斷點復制
到此這篇關于詳解Java多線程和IO流的應用的文章就介紹到這了,更多相關Java多線程和IO流內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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