Java中怎么鎖文件

1. 概覽

當(dāng)讀寫文件時(shí)，需要確保有適當(dāng)?shù)奈募i定機(jī)制，來保證基于并發(fā)I/O應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)完整性。

「本教程中, 我們將介紹使用 Java NIO 庫實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的各種方法?！?/strong>

2. 文件鎖簡介

「一般來說，有兩種鎖」:

• 獨(dú)占鎖——也稱為寫鎖
• 共享鎖——也稱為讀鎖

簡單地說，在寫操作完成時(shí)，獨(dú)占鎖防止所有其他操作（包括讀操作）。

相反，共享鎖允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)讀取。讀鎖的目的是防止另一個(gè)進(jìn)程獲取寫鎖。通常，處于一致狀態(tài)的文件確實(shí)應(yīng)該被任何進(jìn)程讀取。

在下一節(jié)中，我們將看到Java如何處理這些類型的鎖。

3. Java中的文件鎖

Java NIO庫支持在操作系統(tǒng)級別鎖定文件。FileChannel 中的lock() 和*tryLock()*方法就是為了這個(gè)而存在。

我們可以通過 FileInputStream， FileOutputStream，RandomAccessFile 來獲取FileChannel，三者均可通過 getChannel() 方法返回 FileChannel對象.

或者, 我們可以直接通過靜態(tài)方法 open 來創(chuàng)建 FileChannel  ：

try (FileChannel channel = FileChannel.open(path, openOptions)) {
  // write to the channel
}

接下來，我們將回顧在Java中獲取獨(dú)占鎖和共享鎖的不同方式。要了解有關(guān)文件通道的更多信息，請查看[Guide to Java FileChanne 教程。

4. 獨(dú)占鎖

正如我們已經(jīng)了解到的，在寫入文件時(shí)，「我們可以使用獨(dú)占鎖」防止其他進(jìn)程讀取或?qū)懭胛募?/p>

我們通過調(diào)用 FileChannel 類上的 lock() 或 tryLock()) 來獲得獨(dú)占鎖。我們還可以使用它們的重載方法：

• lock(long position, long size, boolean shared)
• tryLock(long position, long size, boolean shared)

在這些情況下，shared參數(shù)必須設(shè)置為false。

要獲得獨(dú)占鎖，必須使用可寫的文件通道。我們可以通過 FileOutputStream 或 RandomAccessFile 的 getChannel() 方法創(chuàng)建它?；蛘?，如前所述，我們可以使用 FileChannel 類的靜態(tài)方法：open。我們只需要將第二個(gè)參數(shù)設(shè)置為StandardOpenOption.APPEND ：

try (FileChannel channel = FileChannel.open(path, StandardOpenOption.APPEND)) { 
    // write to channel
}

4.1. 使用 FileOutputStream 的獨(dú)占鎖

從 FileOutputStream 創(chuàng)建的 FileChannel 是可寫的。因此，我們可以獲得一個(gè)獨(dú)占鎖：

try (FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("/tmp/testfile.txt");
     FileChannel channel = fileOutputStream.getChannel();
     FileLock lock = channel.lock()) { 
    // write to the channel
}

4.2. 使用 RandomAccessFile 的獨(dú)占鎖

使用 RandomAccessFile，我們需要設(shè)置 [constructor](https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/io/RandomAccessFile.html#RandomAccessFile(java.io.File, java.lang.String)) 方法的第二個(gè)參數(shù)。

在這里，我們將使用讀寫權(quán)限打開文件：

try (RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("/tmp/testfile.txt", "rw");
      FileChannel channel = file.getChannel();
      FileLock lock = channel.lock()) {
    // write to the channel
}

如果我們以只讀模式打開文件，并嘗試向其通道進(jìn)行寫入操作，將會拋出 NonWritableChannelException 異常。

4.3.獨(dú)占鎖依賴于可讀的 FileChannel

如前所述，獨(dú)占鎖需要一個(gè)可寫通道。因此，我們無法通過從 FileInputStream 創(chuàng)建的 FileChannel 獲得獨(dú)占鎖：

try (RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("/tmp/testfile.txt", "rw");
      FileChannel channel = file.getChannel();
      FileLock lock = channel.lock()) {
    // write to the channel
}

在上面的例子中，lock() 方法將拋出一個(gè) nonwriteablechannelexception 。實(shí)際上，這是因?yàn)槲覀冋趯σ粋€(gè)創(chuàng)建只讀通道的 FileInputStream 調(diào)用 getChannel。這個(gè)例子只是為了證明我們不能寫到一個(gè)不可寫的通道。事實(shí)上，我們不會捕捉并重新拋出異常。

5.  共享鎖

記住，共享鎖也稱為讀 鎖。因此，要獲得讀鎖，我們必須使用可讀的文件通道。

這樣的 FileChannel 可以通過調(diào)用 FileInputStream 或 RandomAccessFile 上的 getChannel() 方法獲得。同樣，另一個(gè)選項(xiàng)是使用 FileChannel 類的靜態(tài) open 方法。在這種情況下，我們將第二個(gè)參數(shù)設(shè)置為 StandardOpenOption.READ 。

try (RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("/tmp/testfile.txt", "rw");
      FileChannel channel = file.getChannel();
      FileLock lock = channel.lock()) {
    // write to the channel
}

為了簡單起見，我們將在下面的所有示例中鎖定整個(gè)文件，但請記住，我們始終可以鎖定文件的特定區(qū)域。

5.1. 使用 FileInputStream 中的共享鎖

從 FileInputStream 獲得的 FileChannel 是可讀的。因此，我們可以獲得一個(gè)共享鎖：

try (FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("/tmp/testfile.txt");
    FileChannel channel = fileInputStream.getChannel();
    FileLock lock = channel.lock(0, Long.MAX_VALUE, true)) {
    // read from the channel
}

在上面的代碼片段中，將成功調(diào)用通道上的 lock() 。這是因?yàn)楣蚕礞i只要求通道是可讀的就行。

5.2. 使用 RandomAccessFile中的共享鎖

這次，我們只需要使用 ''讀" 權(quán)限打開文件即可：

try (RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("/tmp/testfile.txt", "r"); 
     FileChannel channel = file.getChannel();
     FileLock lock = channel.lock(0, Long.MAX_VALUE, true)) {
     // read from the channel
}

在本例中，我們創(chuàng)建了一個(gè)具有讀取權(quán)限的RandomAccessFile對象，然后從中創(chuàng)建一個(gè)可讀通道，從而創(chuàng)建一個(gè)共享鎖。

5.3. 共享鎖依賴于可讀的 FileChannel

因此，我們無法通過從 FileOutputStream 創(chuàng)建的 FileChannel 獲取共享鎖：

Path path = Files.createTempFile("foo","txt");
try (FileOutputStream fis = new FileOutputStream(path.toFile()); 
    FileLock lock = fis.getChannel().lock(0, Long.MAX_VALUE, true)) {
    // unreachable code
} catch (NonWritableChannelException e) { 
    // handle exception
}

在本例中，調(diào)用 lock() 嘗試獲取從 FileOutputStream 創(chuàng)建的通道上的共享鎖。這樣的通道是只寫的。它不能滿足通道必須可讀的需要。這將觸發(fā)一個(gè)NonWritableChannelException。

同樣，這段代碼只是為了證明我們不能從一個(gè)不可讀的通道中讀取。

6. 思考

實(shí)際上，使用文件鎖是困難的；鎖定機(jī)制是不可移植的。我們需要考慮到這一點(diǎn)來設(shè)計(jì)鎖定邏輯。

在POSIX系統(tǒng)中，鎖是建議性的。讀取或?qū)懭虢o定文件的不同進(jìn)程必須就鎖定協(xié)議達(dá)成一致。這將確保文件的完整性。操作系統(tǒng)本身不會強(qiáng)制任何鎖定。

在Windows上，除非允許共享，否則鎖將是獨(dú)占的。討論操作系統(tǒng)特定機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)或缺點(diǎn)超出了本文的討論范圍。然而，在實(shí)現(xiàn)鎖定機(jī)制時(shí)，了解這些細(xì)微差別很重要。

7. 總結(jié)

在本教程中，我們回顧了在Java中獲取文件鎖的幾種不同選項(xiàng)。

首先，我們首先了解兩種主要的鎖定機(jī)制，以及Java NIO庫如何促進(jìn)鎖定文件。然后，我們?yōu)g覽了一系列簡單的示例，這些示例顯示我們可以在應(yīng)用程序中獲得獨(dú)占和共享鎖。我們還研究了使用文件鎖時(shí)可能遇到的典型異常類型。