Java I/O流如何在多线程环境中使用？

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Java I/O 流在多线程环境中的使用

前言

在多线程环境中使用 Java I/O 流需要特别注意线程安全问题，如果不正确使用，会导致数据损坏或不一致。本文将深入探讨 I/O 流在多线程中的正确用法，并通过实战案例进行演示。

同步

最简单的确保线程安全的方法是同步 I/O 操作。对于涉及同一文件的读写操作，使用以下代码块将其同步：

synchronized (file) {
  // 读写操作
}

线程局部变量

另一种方法是使用线程局部变量 (ThreadLocal)，为每个线程提供 I/O 对象的单独副本。这样，每个线程都可以安全地访问自己的 I/O 对象，而不会与其他线程产生冲突：

public class IOUtil {

  private static final ThreadLocal<BufferedInputStream> inputStream = new ThreadLocal<>();

  public static BufferedInputStream getInputStream(String fileName) {
    synchronized (inputStream) {
      BufferedInputStream stream = inputStream.get();
      if (stream == null) {
        stream = new BufferedInputStream(new FileInputStream(fileName));
        inputStream.set(stream);
      }
      return stream;
    }
  }

}

并发队列

对于需要处理多个 I/O 操作的情况，可以使用并发队列（BlockingQueue）。每个线程可以将 I/O 操作放入队列中，另一个线程可以从队列中取出并执行这些操作：

public class FileProcessor implements Runnable {

  private BlockingQueue<String> fileQueue;

  @Override
  public void run() {
    while (!fileQueue.isEmpty()) {
      String fileName = fileQueue.take();
      try (BufferedReader in = new BufferedReader(new FileReader(fileName))) {
        // 处理文件
      } catch (IOException e) {
        // 处理异常
      }
    }
  }

}

实战案例

场景：多个线程同时读取同一文件的内容并输出到控制台。

实现：

import java.io.*;
import java.util.concurrent.*;

public class MultiThreadRead {

  private static final String FILE_NAME = "test.txt";
  private static final int NUM_THREADS = 4;

  public static void main(String[] args) {
    ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(NUM_THREADS);
    BlockingQueue<String> fileQueue = new ArrayBlockingQueue<>(NUM_THREADS);

    try (BufferedReader in = new BufferedReader(new FileReader(FILE_NAME))) {
      String line;
      while ((line = in.readLine()) != null) {
        fileQueue.put(line);
      }
    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
    }

    for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
      executor.execute(new FileProcessor(fileQueue));
    }

    executor.shutdown();
  }

}