认知IO流之 — FileDescriptor-阿里云开发者社区

FileDescriptor 是什么

FileDescriptor 顾名思义是文件描述符，FileDescriptor 可以被用来表示开放文件、开放套接字等。比如用 FileDescriptor 表示文件来说: 当 FileDescriptor 表示文件时，我们可以通俗的将 FileDescriptor 看成是该文件。但是，我们不能直接通过 FileDescriptor 对该文件进行操作。

若需要通过 FileDescriptor 对该文件进行操作，则需要新创建 FileDescriptor 对应的 FileOutputStream或者是 FileInputStream，再对文件进行操作，应用程序不应该创建他们自己的文件描述符

下面让我们用两个例子来演示一下 FileDescriptor 分别与 FileInputStream 和 FileOutputStream 的使用

publicclass FileDescriptorExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("/Users/mr.l/Desktop/test")) {
            // 返回 FileDescriptor 对象代表着文件系统中的真实文件的链接。
            FileDescriptor fd = fileInputStream.getFD();
            System.out.println("File descriptor of the file /Users/mr.l/Desktop/test.txt : "
                    + fd.hashCode());
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        try (FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("/Users/mr.l/Desktop/test2")) {
            FileDescriptor fd = fileOutputStream.getFD();
            System.out.println("File descriptor of the file /Users/mr.l/Desktop/test2.txt : " + fd.hashCode());
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

FileDescriptor 结构

FileDescriptor 有三种输出方式：in、out、error，分别代表

publicstaticfinal FileDescriptor in = new FileDescriptor(0);

一个标准输入流的句柄。通常情况下，这个文件描述符不会直接使用，而是通过称为System.in的输入流。

publicstaticfinal FileDescriptor out = new FileDescriptor(1);

一个标准的输出流句柄。通过 System.out 来使用

publicstaticfinal FileDescriptor err = new FileDescriptor(2);

一个标准的错误流句柄。通过 System.err 来使用

那么如何创建这三种输出流呢？在 FileInputStream 和 FileOutputStream 中使用其对应的构造方法来创建。

public FileInputStream(FileDescriptor fdObj) {...}

文件描述符的创建

我们可以通过如下的方式来创建文件描述符

FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(FileDescriptor.in);

fileInputStream.read();
fileInputStream.close();

这段代码创建了一个标准输入流，让你可以从控制台输入信息，它的作用等同于System.in

类似的，out 和 error 都是文件输出流，你可以按照下面这种方式创建

FileOutputStream out = new FileOutputStream(FileDescriptor.out);
out.write('A');
out.close();

它们用于向控制台输出消息，out 的作用等于 System.out，err 的作用等于 System.err。

因此，我们可以等价的将上面的程序转换为如下代码：System.out.print('A'); System.err.print('A')；

FileDescriptor 方法与使用

FileDescriptor 的方法比较少，下面就一起看一下 FileDescriptor 都包含了哪些方法

sync

public native void sync() throws SyncFailedException;

此方法是一个 native 方法，由 C 语言实现，它的主要用处是说：强制所有系统缓冲区与基础设备同步。该方法在此 FileDescriptor 的所有修改数据和属性都写入相关设备后返回。如果此 FileDescriptor 引用物理存储介质，比如文件系统中的文件，则一直要等到将与此 FileDesecriptor 有关的缓冲区的所有内存中修改副本写入物理介质中，sync 方法才会返回。sync 方法由要求物理存储（比例文件）处于某种已知状态下的代码使用。例如，提供简单事务处理的类可以使用 sync 来确保某个文件所有由给定事务造成的更改都记录在存储介质上。sync 只影响此 FileDescriptor 的缓冲区下游。如果正通过应用程序（例如，通过一个 BufferedOutputStream 对象）实现内存缓冲，那么必须在数据受 sync 影响之前将这些缓冲区刷新，并转到 FileDescriptor 中（例如，通过调用 OutputStream.flush）。

它的一般用法是

public static void main(String[] args) throws IOException {
  
        FileDescriptor descriptor = null;
        FileOutputStream outputStream = null;
        byte[] buffer = {71,69,69,75,83};
        try {
            outputStream = new FileOutputStream("/Users/mr.l/Desktop/test3");
            descriptor = outputStream.getFD();
            outputStream.write(buffer);
            descriptor.sync();
        }catch(Exception excpt) {
            excpt.printStackTrace();
        }
        finally{
            if(outputStream != null)
                outputStream.close();
        }
    }

valid

测试此文件描述符对象是否有效。如果文件描述符对象代表着有效的开放文件，套接字或者其他有效的 I/O 连接则返回true ，其他返回 false。它的用法如下

FileDescriptor descriptor = null;
try(FileInputStream inputStream = new FileInputStream("/Users/mr.l/Desktop/test3")) {
  boolean check = false;
  descriptor = inputStream.getFD();
  check = descriptor.valid();
  System.out.println("check = " + check);
}catch (Exception e){
  e.printStackTrace();
}

打印输出 check = true，因为此文件目前处于开放状态。如果把 valid() 方法放在 inputStream.close()方法后呢，就如下所表示的

FileInputStream inputStream = null;
FileDescriptor descriptor = null;
boolean check = false;
try {
  inputStream = new FileInputStream("/Users/mr.l/Desktop/test3");
  descriptor = inputStream.getFD();
  check = descriptor.valid();
  System.out.println("check = " + check);
}catch (Exception e){
  e.printStackTrace();
} finally {
  inputStream.close();
  check = descriptor.valid();
  System.out.println("check = " + check);
}

会输出两条消息

check = true check = false

因为在流关闭之后，文件不在有效，故返回false。

attach

解析 attach 方法前首先来看一下两个接口 Closeable 接口和 AutoCloseable 接口

AutoCloseable 接口 : 实现了此接口的类能够持有资源直到被关闭的时候。其中的 close() 方法是自动关闭的，离开try-with-resources(jdk1.7 的新特性，不清楚请移步至你会使用try-with-resources吗)中的 try 语句块的时候。这种方式确保了能够及时释放资源，避免资源的枯竭和可能出现的错误。
Closeable 接口：Closeable 表示一个资源或者数据能够被关闭，close 方法被调用用来释放对象持有的资源，如果资源已经关闭了，那么调用 close 方法不会再产生作用。

然后回到 FileDescriptor 的描述中来，FileDescriptor 有三个属性

private Closeable parent;
private List<Closeable> otherParents;
privateboolean closed;

有一个 Closeable 对象的 parent，表示用来关闭单个资源，List<Closeable> otherParents，需要关闭对象的集合，下面源码中会用到， closed用来判断资源是否已经关闭。

attach 源码：

synchronized void attach(Closeable c) {
  if (parent == null) {
    parent = c;
  } elseif (otherParents == null) {
    otherParents = new ArrayList<>();
    otherParents.add(parent);
    otherParents.add(c);
  } else {
    otherParents.add(c);
  }
}

此方法用于追踪需要关闭的对象，如果只有单个需要关闭的对象，那么直接调用后面的 closeAll() 方法即可，如果多个流指向同一个相同的描述符，FileDescriptor 会把需要关闭的资源放在 otherParents 的集合中，我们会循环list 中的每个引用，并且把它们添加到 parent 后面，这个 parent 顾名思义相当于就是第一个需要被关闭的资源，这个方法主要为下面的 closeAll() 方法做铺垫。

closeAll

synchronized void closeAll(Closeable releaser) throws IOException {
  if (!closed) {
    closed = true;
    IOException ioe = null;
    try (Closeable c = releaser) {
      if (otherParents != null) {
        for (Closeable referent : otherParents) {
          try {
            referent.close();
          } catch(IOException x) {
            if (ioe == null) {
              ioe = x;
            } else {
              ioe.addSuppressed(x);
            }
          }
        }
      }
    } catch(IOException ex) {
      if (ioe != null)
        ex.addSuppressed(ioe);
      ioe = ex;
    } finally {
      if (ioe != null)
        throw ioe;
    }
  }
}