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java中文件拷贝流的介绍-创新互联

最近项目里有个需求需要实现文件拷贝，在java中文件拷贝流的读写，很容易就想到IO中的InputStream和OutputStream之类的，但是上网查了一下文件拷贝也是有很多种方法的，除了IO，还有NIO、Apache提供的工具类、JDK自带的文件拷贝方法

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IO拷贝

public class IOFileCopy {

   private static final int BUFFER_SIZE = 1024;

   public static void copyFile(String source, String target) {
     long start = System.currentTimeMillis();
     try(InputStream in = new FileInputStream(new File(source));
       OutputStream out = new FileOutputStream(new File(target))) {
       byte[] buffer = new byte[BUFFER_SIZE];
       int len;
       while ((len = in.read(buffer)) > 0) {
         out.write(buffer, 0, len);
       }

       System.out.println(String.format("IO file copy cost %d msc", System.currentTimeMillis() - start));
     } catch (Exception e) {
       e.printStackTrace();
     }
   }
}

传统IO中文件读取过程可以分为以下几步：

  • 内核从磁盘读取数据到缓冲区，这个过程由磁盘操作器通过DMA操作将数据从磁盘读取到内核缓冲区，该过程不依赖CPU

  • 用户进程在将数据从内核缓冲区拷贝到用户空间缓冲区

  • 用户进程从用户空间缓冲区读取数据

java中文件拷贝流的介绍

NIO拷贝

NIO进行文件拷贝有两种实现方式，一是通过管道，而是通过文件内存内存映射

public class NIOFileCopy {

   public static void copyFile(String source, String target) {
     long start = System.currentTimeMillis();
     try(FileChannel input = new FileInputStream(new File(source)).getChannel();
       FileChannel output = new FileOutputStream(new File(target)).getChannel()) {
       output.transferFrom(input, 0, input.size());
     } catch (Exception e) {
       e.printStackTrace();
     }

     System.out.println(String.format("NIO file copy cost %d msc", System.currentTimeMillis() - start));
   }
}

文件内存映射：

把内核空间地址与用户空间的虚拟地址映射到同一个物理地址，DMA 硬件可以填充对内核与用户空间进程同时可见的缓冲区了。用户进程直接从内存中读取文件内容，应用只需要和内存打交道，不需要进行缓冲区来回拷贝，大大提高了IO拷贝的效率。加载内存映射文件所使用的内存在Java堆区之外

public class NIOFileCopy2 {

   public static void copyFile(String source, String target) {
     long start = System.currentTimeMillis();
     try(FileInputStream fis = new FileInputStream(new File(source));
       FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File(target))) {
       FileChannel sourceChannel = fis.getChannel();
       FileChannel targetChannel = fos.getChannel();
       MappedByteBuffer mappedByteBuffer = sourceChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, sourceChannel.size());
       targetChannel.write(mappedByteBuffer);
     } catch (FileNotFoundException e) {
       e.printStackTrace();
     } catch (IOException e) {
       e.printStackTrace();
     }

     System.out.println(String.format("NIO memory reflect file copy cost %d msc", System.currentTimeMillis() - start));
     File targetFile = new File(target);
     targetFile.delete();
   }
}

NIO内存映射文件拷贝可以分为以下几步

java中文件拷贝流的介绍

NIO的内存映射实际上就是少了一次从内核空间拷贝到用户空间的过程，将对用户缓冲区的读改为从内存读取

Files#copyFile方法

public class FilesCopy {

   public static void copyFile(String source, String target) {
     long start = System.currentTimeMillis();
     try {
       File sourceFile = new File(source);
       File targetFile = new File(target);
       Files.copy(sourceFile.toPath(), targetFile.toPath());
     } catch (IOException e) {
       e.printStackTrace();
     }

     System.out.println(String.format("FileCopy file copy cost %d msc", System.currentTimeMillis() - start));
   }
}

FileUtils#copyFile方法

使用FileUtils之前需先引入依赖

  • 依赖

     
   commons-io
   commons-io
   2.4

  • FileUtils#copyFile封装类：FileUtilsCopy.java

    public class FileUtilsCopy {

   public static void copyFile(String source, String target) {
     long start = System.currentTimeMillis();
     try {
       FileUtils.copyFile(new File(source), new File(target));
     } catch (IOException e) {
       e.printStackTrace();
     }

     System.out.println(String.format("FileUtils file copy cost %d msc", System.currentTimeMillis() - start));
   }
}

性能比较

既然有这么多种实现方法，肯定要从中选择性能最佳的

测试环境：

  • windows 10
  • CPU 6核
  • JDK1.8

测试代码：PerformTest.java

public class PerformTest {

   private static final String source1 = "input/test1.txt";
   private static final String source2 = "input/test2.txt";
   private static final String source3 = "input/test3.txt";
   private static final String source4 = "input/test4.txt";
   private static final String target1 = "output/test1.txt";
   private static final String target2 = "output/test2.txt";
   private static final String target3 = "output/test3.txt";
   private static final String target4 = "output/test4.txt";

   public static void main(String[] args) {
     IOFileCopy.copyFile(source1, target1);
     NIOFileCopy.copyFile(source2, target2);
     FilesCopy.copyFile(source3, target3);
     FileUtilsCopy.copyFile(source4, target4);
   }
}

总共执行了五次，读写的文件大小分别为9KB、23KB、239KB、1.77MB、12.7MB

java中文件拷贝流的介绍

注意：单位均为毫秒

从执行结果来看：

  • 文件很小时 => IO > NIO【内存映射】> NIO【管道】 > Files#copy > FileUtils#copyFile

  • 在文件较小时 => NIO【内存映射】> IO > NIO【管道】 > Files#copy > FileUtils#copyFile

  • 在文件较大时 => NIO【内存映射】> > NIO【管道】> IO > Files#copy > FileUtils#copyFile

  • 修改IO缓冲区大小对拷贝效率有影响，但是并不是越大性能越好，稍大于拷贝文件大小即可

文件较小时，IO效率高于NIO，NIO底层实现较为复杂，NIO的优势不明显。同时NIO内存映射初始化耗时，所以在文件较小时和IO复制相比没有优势

如果追求效率可以选择NIO的内存映射去实现文件拷贝，但是对于大文件使用内存映射拷贝要格外关注系统内存的使用率。推荐：大文件拷贝使用内存映射，原文是这样的:

For most operating systems, mapping a file into memory is more
expensive than reading or writing a few tens of kilobytes of data via
the usual {@link #read read} and {@link #write write} methods.  From the
standpoint of performance it is generally only worth mapping relatively
large files into memory

绝大多数操作系统的内存映射开销大于IO开销

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