async-file

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介绍

async-file工具提供Java异步读写文件的能力，使用Java NIO 库开发。Java应用程序引入框架可以简单的，异步和非阻塞的读写文件。框架包含三个工具类：

AIOFileReader 异步读取文件，使用Java NIO库 AsynchronousFileChannel 和 CompletionHandler 实现。
AIOFileWriter 异步写入文件，使用Java NIO库 AsynchronousFileChannel 和 CompletionHandler 实现。
NIOFileLineReader 非阻塞读取文件，使用 ForkJoinPool 和 BufferedReader 实现

提示：Java提供的 Files 文件读取功能是阻塞的。

安装教程

首先，如果项目使用Maven工具，在项目的pom.xml文件中添加依赖

<dependency> 
  <groupId>io.github.kavahub</groupId>
  <artifactId>kava-async-file</artifactId>
  <version>1.0.1.RELEASE</version>
</dependency>

如果是Gradle项目，需要添加依赖：

implementation 'io.github.kavahub:kava-async-file:1.0.1.RELEASE'

AIOFileReader使用说明

AIOFileReader方法列表:

Query<byte[]> bytes(Path file) : 读取文件，返回文件数据字节数组，每次读取的大小由默认缓冲区决定。
Query<byte[]> allBytes(Path file) : 读取文件，返回文件所有数据字节数组。每次按默认缓冲区读取文件，完成后合并。
Query<String> line(Path file) : 读取文件，返回文件行字符串。每次按默认缓冲区读取文件数据字节数组，按换行符分割字节数组。
Query<String> allLines(Path file) : 读取文件，返回文件所有数据字符串。每次按默认缓冲区读取文件数据字节数组，合并后转换成字符串。

默认缓冲区大小定义：

public static final int BUFFER_SIZE = 4096 * 4;

示例：

// 按行读取文件，并输出到控制台
        final Path FILE = Paths.get("src", "test", "resources", "fileWithmanyOfLine.txt");
        
        AIOFileReader.line(FILE)
                // 订阅行数据
                .subscribe(data -> {
                    // 文件行处理，如输出到控制台
                    System.out.println(data);
                    // doSomethingData(data)
                }, err -> {
                    // 异常处理
                    err.printStackTrace();
                    // doSomethingError(err)
                })
                // 等待文件读取完成
                .join();

        // 也可以这样写
        AIOFileReader.line(FILE)
                // 订阅数据
                .onNext(data -> {
                    // 文件行处理，如输出到控制台
                    System.out.println(data);
                    // doSomethingData(data)
                })
                // 订阅异常
                .onError(err -> {
                    // 异常处理
                    err.printStackTrace();
                    // doSomethingError(err)
                })
                // 等待文件读取完成
                .blockingSubscribe();

这种适用广泛，我们经常读取文本文件，统计相关信息，如：单词统计等，只需要编写 doSomethingData 代码。doSomethingError 方法，处理读或者业务处理中的异常，我们建议将异常输出到日志

doSomethingData 业务中的异常，会导致读文件中断，整个文件操作终止，所有的异常信息可以在 doSomethingError 中处理

示例：

// 按行读取文件，并输出到控制台
        final Path FILE = Paths.get("src", "test", "resources", "fileWithmanyOfLine.txt");
        CompletableFuture<Void> future = AIOFileReader.line(FILE)
                // 订阅行数据
                .subscribe(data -> {
                    // 文件行处理，如输出到控制台
                    System.out.println(data);
                    // doSomethingData(data)
                }, err -> {
                    // 异常处理
                    err.printStackTrace();
                    // doSomethingError(err)
                });

        // 处理其他业务逻辑
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2); // 模拟业务

        // 循环，直到文件处理完成
        while (!future.isDone()) {
        }

        System.out.println("文件处理完成");

AIOFileReader 读文件是异步的，所以可以处理写其他的业务

示例：

        // 统计文件中单词个数，并找出次数最多的单词
        final Path FILE = Paths.get("src", "test", "resources", "fileToCount.txt");

        final int MIN = 5;
        final int MAX = 10;

        ConcurrentHashMap<String, Integer> words = new ConcurrentHashMap<>();
        AIOFileReader.line(FILE)
                // 过滤掉前14行
                .filter(line -> !line.trim().isEmpty()).skip(14)
                // 使用空格分隔
                .flatMapMerge(line -> Query.of(line.split(" ")))
                // 过滤单词
                .filter(word -> word.length() > MIN && word.length() < MAX)
                // 统计单词次数
                .onNext((w) -> words.merge(w, 1, Integer::sum))
                // 异常处理
                .onError(err -> err.printStackTrace())
                // 阻塞，直到文件统计完毕
                .blockingSubscribe();

        Map.Entry<String, ? extends Number> common = Collections.max(words.entrySet(),
                Comparator.comparingInt(e -> e.getValue().intValue()));
        assertEquals("Hokosa", common.getKey());
        assertEquals(183, common.getValue().intValue());

示例：

        // 统计“*** END OF ”行之前所有单词的数量
        // 当读取到"*** END OF "行时，读线程会取消读操作，避免继续读取不需要处理的数据
        final Path FILE = Paths.get("src", "test", "resources", "fileToCount.txt");

        int[] count = { 0 };
        AIOFileReader.line(FILE)
                // 过滤空行
                .filter(line -> !line.trim().isEmpty())
                // 忽略前14行
                .skip(14)
                // 忽略掉‘*** END OF ’以后的行
                .takeWhile(line -> !line.contains("*** END OF "))
                // 行按空格切割成单词
                .flatMapMerge(line -> Query.of(line.split("\\W+")))
                // 去重
                .distinct()
                // 统计数量
                .onNext((word) -> {
                        count[0]++;
                })
                // 异常处理
                .onError(err -> err.printStackTrace())                
                // 阻塞，知道文件读取完成
                .blockingSubscribe();
        assertEquals(5206, count[0]);

示例：

        // 详细演示takeWhile的功能:
        // 1. 控制台输出前部文件内容，框架日志提示[Cancel file reading. [16384 bytes] has been readed]，读取操作取消，不在读取文件数据。
        // 2. [16384 bytes] 信息中，16384是框架默认读取缓冲区大小，由此可以判断：文件只读取了一次
        final Path FILE = Paths.get("src", "test", "resources", "fileWithmanyOfLine.txt");

        AIOFileReader.line(FILE)
                // 控制台输出
                .onNext((data) -> {
                    System.out.println("before:" + data);
                })
                // 终止文件读操纵
                .takeWhile(line -> false)
                //
                .onNext((data) -> {
                    System.out.println("after:" + data);
                })
                // 异常处理
                .onError(err -> err.printStackTrace())                   
                .blockingSubscribe();

示例：

        // 也可以使用cancel方法中断读文件操作

        final Path FILE = Paths.get("src", "test", "resources", "fileWithmanyOfLine.txt");

        CompletableFuture<Void> future = AIOFileReader.line(FILE).subscribe(data -> {
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        }, err -> err.printStackTrace());

        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);

        future.cancel(false);

示例：

        // 显示读文件线程的名称
        final Path FILE = Paths.get("src", "test", "resources", "fileWithmanyOfLine.txt");

        AIOFileReader.bytes(FILE).subscribe(data -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        }, err -> err.printStackTrace()).join();

输出结果如下：

Thread-8
Thread-7
Thread-8
Thread-7
Thread-8
Thread-7
Thread-8
Thread-7
Thread-8
Thread-7
...

其结果表明：有两个线程读取文件，线程交替读取以保证读取文件数据的顺序，这是 AsynchronousFileChannel 实现的

AIOFileWriter使用说明

AIOFileWriter方法列表:

CompletableFuture<Integer> write(Path file, byte[] bytes) : 字节数组数据写入文件。
CompletableFuture<Integer> write(Path file, String line) : 字符串数据写入文件。
CompletableFuture<Integer> write(Path file, Query<String> lines) : 字符串流数据写入文件。
CompletableFuture<Integer> write(Path file, Iterable<String> lines) : 字符串集合数据写入文件。

示例：

        // 写入字符串
        AIOFileWriter.write(Paths.get(FILE_TO_WRITE), "This is file content：你好").join();

示例：

        // 分割字符串写入
        final String content = "This is file content：你好";

        AIOFileWriter.write(Paths.get(FILE_TO_WRITE), String.join(System.lineSeparator(), content.split(" "))).join();

示例：

        // 边度边写
        final Path FILE = Paths.get("src", "test", "resources", "fileWithmanyOfLine.txt");

        try (CompletableFileWriter writer = AIOFileWriter.of(FILE_TO_WRITE)) {

            AIOFileReader.line(FILE)
                    // 忽略前2行
                    .skip(2)
                    // 过滤掉空行
                    .filter(line -> !line.isBlank())
                    // 转换成大写
                    .map(String::toUpperCase)
                    // 加入换行符
                    .map(line -> line + System.lineSeparator()).subscribe(data -> {
                        writer.write(data);
                    }, err -> err.printStackTrace()).join();

            // 等待写入完成
            writer.getPosition().whenComplete((size, error) -> {
                if (error != null) {
                    error.printStackTrace();
                }

                System.out.println("总共写入字节数：" + size);
            }).join();
        }

NIOFileLineReader使用说明

NIOFileLineReader 方法列表：

Query<String> read(Path file) : 读取文件行。

        // 读取文件行并过滤
        final Path FILE = Paths.get("src", "test", "resources", "fileWithmanyOfLine.txt");
        NIOFileLineReader.read(FILE).subscribe(data -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        }, err -> err.printStackTrace()).join();

使用建议

文件的异步读写，并不是为了提高文件的读取性能，而是提高文件读取的吞吐量（读取更多的文件，并保持性能，使JVM可以稳定运行）。
在大多数情况下，使用Jdk提供的Files或许更合适。
不要为了异步而异步，找到问题所在，也许解决问题的关键不是异步。

建议使用优先级： Java NIO Files > NIOFileLineReader > AIOFileReader

性能

性能测试，参考 ReadLineBenchmark 。其他开源项目文件读写的性能测试 ReadFileBenchmark

构建项目

克隆代码到本地，然后运行mvn命令, 执行编译，测试，打包项目：

mvn clean install

发布项目

首先，确保项目可以正确构建。然后执行下面的命令(发布的文件要以release结尾，如：kavahub-async-file-1.0.0.RELEASE.jar)：

mvn release:prepare -Prelease
mvn release:perform -Prelease

上面操作将包上传到了Staging Repository，需要转入Release Repository，执行命令：

mvn nexus-staging:release

以上操作全部成功，发布完成。

发布SNAPSHOT包到仓库，命令如下：

mvn clean deploy -Prelease

取消Staging Repository中的包，命令如下：

mvn nexus-staging:drop

杨运交 / async-file

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