Java文件I/O处理之RandomAccessFile【随意存取文件】

Java语言有一个处理文件输入输出的RandomAccessFile类，既可以读取文件内容，也可以向文件输出数据。
RandomAccessFile类在国内的技术文档和书籍中都翻译为“随机访问文件”类，确实令人不解。
在中文中“随机”的意思：

1. 不设任何条件，随意的。
2. 顺应情势变化。

概率论中有一个术语“随机事件”，很明显，“随机”意味着不受人为控制的、不确定的。
把RandomAccessFile翻译为“随机访问文件”明显是词不达意的。因此，为了更贴合原意，本文中我们翻译为“随意存取文件”。
RandomAccessFile类的继承层次：

RandomAccessFile不属于基本输入输出流（I/O）结构层次的一部分，它直接继承自Object。除了其实现了DataInput以及DataOutput（这两者亦由DataInputStream和DataOutputStream实现）接口之外，它们与InputStream或者OutputStream并无直接关系。

RandomAccessFile拥有与其他I/O流类完全不同的行为。
RandomAccessFile 既可以读取文件内容，也可以向文件输出数据。同时，RandomAccessFile 支持“随意访问”的方式，程序可以直接跳转到文件的任意地方来读写数据。
RandomAccessFile类的有些功能类似于DataInputStream和DataOutputStream的组合使用，可直接读取各种基本数据类型的数据。

随意存取文件的行为在低层存储文件类似于一个大型字节数组。刚打开文件时文件指针位于文件头部；输入操作从文件指针开始读取字节，并随着对字节的读取而前移此文件指针；反之，输出操作从文件指针开始写入字节，并随着对字节的写入而前移此文件指针。写入到文件末尾之后的输出操作导致该数组的扩容。

• 一、构造函数

RandomAccessFile有两个主要构造函数：

	RandomAccessFile(File file, String mode)RandomAccessFile(String name, String mode)

参数说明：
参数 file/name：指定要打开的文件，可以是一个 File 对象或者一个字符串的文件路径。
参数 mode：该参数指定RandomAccessFile的访问模式，一共有4种模式：

• 二、功能特点

a. 随机访问
RandomAccessFile 最主要的特点是支持随意访问。与顺序读取的文件类不同，RandomAccessFile 允许你跳到文件的任何位置来读写数据。通过文件的指针位置的移动，可以实现灵活的操作。

刚打开文件时，文件指针指向文件头部。该文件指针可以通过 getFilePointer 方法读取，并通过 seek 方法设置。

b. 读写功能并存
它支持文件的读取和写入，通过移动文件指针，可以在文件的任何位置进行读写。这与其他I/O 输入输出流不同，其他流通常是单向的，只能顺序读或顺序写。

c. 文件内容修改
它允许修改文件的内容，当文件指针处于文件内部时，写入数据就可覆盖更新原来的文件内容。也可在文件尾部追加数据。

• 三、 常用方法

1. long getFilePointer()：获取当前文件指针位置
2. long length()：获取文件长度
3. getChannel()：返回nio通信的文件通道FileChannel
4. seek(long pos)：文件指针定位。参数 pos：表示文件指针的位置。pos 从文件的开始位置计算，位置 0 表示文件的起始点，文件的尾是length()指定的位置。
5. 读写文件的方法。读方法read()有很多种重载方法，同样地写方法write()也有对应的多种重载方法。

/***读取数据的重载方法***/
read()：读取一个字节，返回的是 byte 类型数据（0 到 255 之间的值），如果到达文件末尾，则返回 -1。
read(byte[] b)：从文件中读取多个字节到字节数组 b 中。
read(byte[] b, int off, int len)：可以用来从文件中读取数据到字节数组的指定位置，并读取指定的字节数
readInt()、readLong()、readDouble()：可以分别读取 4 字节的整数、8 字节的长整数、8 字节的浮点数。/***写入数据的重载方法***/
write(int b)：写入一个字节到文件中。
write(byte[] b)：将字节数组 b 写入文件。
write(byte[] b, int off, int len)：写入部分字节数组。功能：将字节数组 b 中从偏移量 off 开始的 len 个字节写入文件。
writeInt(int v)、writeLong(long v)、writeDouble(double v)：分别将 4 字节的整数、8 字节的长整数、8 字节的双精度浮点数写入文件。

按行读取数据的方法：
String readLine()：从该文件中读取一行文本。
两个读写UTF-8编码数据文件的方法：
a. readUTF()方法：从文件读取 UTF-8 编码的字符串。此方法首先读取两个字节的长度信息，然后根据这个长度读取字符串的 UTF-8 字节。最后，这些字节被转换为 Java 字符串。这意味着当你使用 readUTF 方法读取字符串时，需要确保文件中的字符串是使用 writeUTF 方法写入的，这样它们之间的长度信息和编码方式才能保持一致。
b. writeUTF(String str)方法：将一个字符串以 UTF-8 编码写入文件。此方法首先写入两个字节的长度信息，表示字符串的 UTF-8 字节长度，然后写入 UTF-8 字节本身。

6. setLength(long newLength)：设置文件长度
7. close()：关闭文件

• 四、RandomAccessFile的使用场景
  RandomAccessFile 非常适合以下几种场景：

a. 文件分块与合并
你可以利用 seek() 定位文件的任意部分，结合 read() 和 write() 方法，实现对大文件的分块操作。这种技术通常用于文件上传、下载等场景。

b. 日志文件
对于需要频繁追加数据的日志文件，RandomAccessFile 可以方便地在文件末尾写入新日志，而不需要重新读取或写入文件的其他部分。

c. 视频流、音频流的处理
在处理大文件（如视频、音频）时，RandomAccessFile 的随机访问功能非常重要，因为这些文件通常需要快速定位到某一帧进行处理，而不是顺序读取。

• 五、一个有残疾的文件切割例子
  使用RandomAccessFile类读取文件，并将文件切割成若干个数据块。
  详见参考资料 “如何使用Java语言实现文件分片上传和断点续传功能？”
  （网友的原始代码有BUG，问题多多）请看其代码：

// 创建RandomAccessFile对象
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(file, "r");// 计算数据块大小
long blockSize = file.length() / numThreads;
if (file.length() % numThreads != 0) {blockSize++;
}// 切割文件并保存到磁盘
for (int i = 0; i < numThreads; i++) {long start = i * blockSize;long end = Math.min(start + blockSize, file.length());byte[] buff = new byte[(int) (end - start)];raf.seek(start);raf.read(buff);String path = savePath + File.separator + i + ".part";try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream(path)) {fos.write(buff);}
}

上面的代码，有不少错误，我这里指出一处，读者可自行分析：图中if语句块明显“逻辑错误 ***思维混乱”

编写文件切割程序，还是有一点难度的。读者若有兴趣，可自行编写一个文件切割程序试试。

随意存取文件例程
下面我们给出一个随意存取文件测试例程，演示了文件的读取、中间插入和尾部追加三个功能。完整的实例代码：

/**** @author QiuGen* @description  随意存取文件测试* 例程：RandomAccessFileTest.java* @date 2024/9/28* ***/
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
public class RandomAccessFileTest {static String MSG = "去年今日此门中，人面桃花相映红。人面不知何处去，桃花依旧笑春风。";/***从文件读数据信息***/public static void readData(String path) {long pos = 0;try (RandomAccessFile rFile=new RandomAccessFile(path, "r")){System.out.println("文件指针初始位置："+rFile.getFilePointer());byte buf[] = new byte[8];int num = 0;while ((num=rFile.read(buf))>0) {System.out.print(new String(buf, 0, num));}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}/***文件中间追加数据信息***/public static void insertData(String path,String inf) {try (RandomAccessFile rFile=new RandomAccessFile(path, "rw");FileOutputStream fos = new FileOutputStream("D:/tmp");FileInputStream fis = new FileInputStream("D:/tmp")){long pos = (rFile.length()/4)*2; //计算插入位置rFile.seek(pos); //把文件指针定位到文件中间位置//下面的操作，把插入点后面的数据存放到临时文件tmpbyte buf[] = new byte[8];int num = 0;while ((num=rFile.read(buf))>0) {//循环读取数据fos.write(buf, 0, num); //数据存入临时文件}/***插入追加数据信息inf***/rFile.seek(pos); //重新定位文件指针到插入点rFile.write(inf.getBytes()); //插入追加数据信息//下面的操作，把暂存在临时文件tmp中的数据写回文件中while ((num=fis.read(buf))>0) {//循环读取数据rFile.write(buf, 0, num); //数据写回文件}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}/***往文件尾部追加数据***/public static void appendData(String path) {try (RandomAccessFile rFile=new RandomAccessFile(path, "rw")){rFile.seek(rFile.length()); //把文件指针定位到文件结尾处rFile.write(MSG.getBytes());} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}public static void main(String[] args) {String str = "陌上花开，可缓缓归矣。";String path = "D:/Temp/测试文件";RandomAccessFileTest.appendData(path); //创建文件RandomAccessFileTest.readData(path); //从文件读数据信息System.out.println("\n***向文件追加数据信息***");RandomAccessFileTest.insertData(path, str);//文件中间追加数据信息RandomAccessFileTest.readData(path); //从文件读数据信息}
}

运行测试结果如下：

参考资料：

1，Java IO流——RandomAccessFile（随机读写）
2，如何使用Java语言实现文件分片上传和断点续传功能？
3，RandomAccessFile详细总结
4，RandomAccessFile详解