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Java 中的随机访问文件（Random Access File）

简介

在 Java 编程中，RandomAccessFile 类提供了一种灵活的方式来处理文件。与传统的顺序访问文件不同，RandomAccessFile 允许我们在文件的任意位置进行读写操作，就像文件是一个大的字节数组一样。这种特性在许多场景下非常有用，例如数据库索引文件的处理、文件的局部更新等。

目录

  1. 基础概念
  2. 使用方法
    • 创建 RandomAccessFile 对象
    • 文件指针操作
    • 读写操作
  3. 常见实践
    • 文件内容修改
    • 实现简单的文件缓存
  4. 最佳实践
    • 资源管理
    • 错误处理
  5. 小结
  6. 参考资料

基础概念

RandomAccessFile 类位于 java.io 包下。它既可以像 InputStream 一样读取文件内容，也可以像 OutputStream 一样写入文件内容。每个 RandomAccessFile 对象都有一个文件指针，这个指针指向文件中的当前位置。对文件的读写操作都从文件指针所指向的位置开始，并且在操作完成后，文件指针会根据操作的字节数自动移动。

使用方法

创建 RandomAccessFile 对象

RandomAccessFile 有两个构造函数：

// 第一个构造函数接受文件名和访问模式
public RandomAccessFile(String name, String mode) throws FileNotFoundException

// 第二个构造函数接受 File 对象和访问模式
public RandomAccessFile(File file, String mode) throws FileNotFoundException

访问模式有以下几种： - "r"：只读模式。如果试图写入会抛出 IOException。 - "rw"：读写模式。如果文件不存在，会创建一个新文件。 - "rws"：读写模式，并且要求对文件内容或元数据的每次更新都同步写入到底层存储设备。 - "rwd"：读写模式，只要求对文件内容的每次更新都同步写入到底层存储设备。

示例：

import java.io.File;
import java.io.RandomAccessFile;

public class RandomAccessFileExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 使用文件名创建 RandomAccessFile 对象，模式为读写
            RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("example.txt", "rw");
            // 使用 File 对象创建 RandomAccessFile 对象，模式为读写
            File file = new File("example2.txt");
            RandomAccessFile raf2 = new RandomAccessFile(file, "rw");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

文件指针操作

RandomAccessFile 提供了几个方法来操作文件指针： - long getFilePointer()：返回当前文件指针的位置。 - void seek(long pos)：将文件指针移动到指定的位置 pos。

示例：

import java.io.File;
import java.io.RandomAccessFile;

public class FilePointerExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("example.txt", "rw");
            // 写入一些内容
            raf.writeBytes("Hello, World!");
            // 获取当前文件指针位置
            long currentPosition = raf.getFilePointer();
            System.out.println("当前文件指针位置: " + currentPosition);
            // 将文件指针移动到文件开头
            raf.seek(0);
            currentPosition = raf.getFilePointer();
            System.out.println("移动后文件指针位置: " + currentPosition);
            raf.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

读写操作

RandomAccessFile 提供了丰富的读写方法： - 读取方法： - int read()：从文件中读取一个字节，并返回该字节的数据（0 到 255 之间）。如果到达文件末尾，返回 -1。 - int read(byte[] b)：从文件中读取数据填充到字节数组 b 中，返回读取的字节数。 - int read(byte[] b, int off, int len)：从文件中读取最多 len 个字节的数据，存储到字节数组 b 中，从偏移量 off 开始存储，返回读取的字节数。 - 写入方法： - void write(int b)：将指定的字节写入文件。 - void write(byte[] b)：将字节数组 b 中的所有字节写入文件。 - void write(byte[] b, int off, int len)：将字节数组 b 中从偏移量 off 开始的 len 个字节写入文件。

示例：

import java.io.File;
import java.io.RandomAccessFile;

public class ReadWriteExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("example.txt", "rw");
            // 写入内容
            raf.writeBytes("This is a test.");
            // 将文件指针移动到文件开头
            raf.seek(0);
            // 读取内容
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int bytesRead = raf.read(buffer);
            String content = new String(buffer, 0, bytesRead);
            System.out.println("读取的内容: " + content);
            raf.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

常见实践

文件内容修改

假设我们有一个文本文件，想要修改其中特定位置的内容。

import java.io.File;
import java.io.RandomAccessFile;

public class FileModificationExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("example.txt", "rw");
            // 将文件指针移动到要修改的位置
            raf.seek(5);
            // 写入新的内容
            raf.writeBytes("new text");
            raf.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

实现简单的文件缓存

我们可以使用 RandomAccessFile 实现一个简单的文件缓存，只读取文件中需要的部分。

import java.io.File;
import java.io.RandomAccessFile;

public class FileCacheExample {
    private RandomAccessFile raf;
    private byte[] cache;
    private int cacheSize;

    public FileCacheExample(String fileName, int cacheSize) {
        try {
            this.raf = new RandomAccessFile(fileName, "r");
            this.cacheSize = cacheSize;
            this.cache = new byte[cacheSize];
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public byte[] readFromCache(int offset) {
        try {
            raf.seek(offset);
            int bytesRead = raf.read(cache);
            byte[] result = new byte[bytesRead];
            System.arraycopy(cache, 0, result, 0, bytesRead);
            return result;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        FileCacheExample cache = new FileCacheExample("example.txt", 1024);
        byte[] data = cache.readFromCache(0);
        if (data != null) {
            String content = new String(data);
            System.out.println("读取的内容: " + content);
        }
    }
}

最佳实践

资源管理

始终确保在使用完 RandomAccessFile 后关闭它，以释放系统资源。可以使用 try-with-resources 语句来自动关闭资源。

import java.io.File;
import java.io.RandomAccessFile;

public class ResourceManagementExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("example.txt", "rw")) {
            // 执行读写操作
            raf.writeBytes("Some data");
            raf.seek(0);
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int bytesRead = raf.read(buffer);
            String content = new String(buffer, 0, bytesRead);
            System.out.println("读取的内容: " + content);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

错误处理

在使用 RandomAccessFile 时，要妥善处理可能抛出的 IOException。可以在 catch 块中记录错误日志，或者根据具体情况进行适当的处理。

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.util.logging.Level;
import java.util.logging.Logger;

public class ErrorHandlingExample {
    private static final Logger LOGGER = Logger.getLogger(ErrorHandlingExample.class.getName());

    public static void main(String[] args) {
        try {
            RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("nonexistent.txt", "rw");
        } catch (IOException e) {
            LOGGER.log(Level.SEVERE, "文件操作出错", e);
        }
    }
}

小结

RandomAccessFile 为 Java 开发者提供了强大而灵活的文件处理能力。通过掌握其基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践，我们可以在处理文件时更加高效和可靠。无论是对文件进行局部修改，还是实现复杂的文件缓存机制，RandomAccessFile 都能发挥重要作用。

参考资料