java - 文件锁是如何工作的？

Question

我一直在尝试使用 FileLock 获得对文件的独占访问权限，以便:

• 删除它
• 重命名
• 写信给它

因为在 Windows 上(至少)您似乎无法删除、重命名或写入已在使用的文件。我写的代码看起来像这样:

import java.io.File;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.FileLock;

public abstract class LockedFileOperation {

    public void execute(File file) throws IOException {

        if (!file.exists()) {
            throw new FileNotFoundException(file.getAbsolutePath());
        }

        FileChannel channel = new RandomAccessFile(file, "rw").getChannel();

        try {
            // Get an exclusive lock on the whole file
            FileLock lock = channel.lock();

            try {
                doWithLockedFile(file);
            } finally {
                lock.release();
            }
        } finally {
            channel.close();
        }
    }

    public abstract void doWithLockedFile(File file) throws IOException;
}

下面是一些证明问题的单元测试。您需要在类路径中包含 Apache commons-io 才能运行第三个测试。

import java.io.File;
import java.io.IOException;

import junit.framework.TestCase;

public class LockedFileOperationTest extends TestCase {

    private File testFile;

    @Override
    protected void setUp() throws Exception {

        String tmpDir = System.getProperty("java.io.tmpdir");
        testFile = new File(tmpDir, "test.tmp");

        if (!testFile.exists() && !testFile.createNewFile()) {
            throw new IOException("Failed to create test file: " + testFile);
        }
    }

    public void testRename() throws IOException {
        new LockedFileOperation() {

            @Override
            public void doWithLockedFile(File file) throws IOException {
                if (!file.renameTo(new File("C:/Temp/foo"))) {
                    fail();
                }
            }
        }.execute(testFile);
    }

    public void testDelete() throws IOException {
        new LockedFileOperation() {

            @Override
            public void doWithLockedFile(File file) throws IOException {
                if (!file.delete()) {
                    fail();
                }
            }
        }.execute(testFile);
    }

    public void testWrite() throws IOException {
        new LockedFileOperation() {

            @Override
            public void doWithLockedFile(File file) throws IOException {
                org.apache.commons.io.FileUtils.writeStringToFile(file, "file content");
            }
        }.execute(testFile);
    }
}

没有一个测试通过。前 2 个失败，最后一个抛出此异常:

java.io.IOException: The process cannot access the file because another process has locked a portion of the file
    at java.io.FileOutputStream.writeBytes(Native Method)
    at java.io.FileOutputStream.write(FileOutputStream.java:247)
    at org.apache.commons.io.IOUtils.write(IOUtils.java:784)
    at org.apache.commons.io.IOUtils.write(IOUtils.java:808)
    at org.apache.commons.io.FileUtils.writeStringToFile(FileUtils.java:1251)
    at org.apache.commons.io.FileUtils.writeStringToFile(FileUtils.java:1265)

似乎 lock() 方法在文件上加了一个锁，然后阻止我重命名/删除/写入它。我的假设是锁定文件会给我独占访问文件的权限，这样我就可以重命名/删除/写入它而不必担心是否有任何其他进程也在访问它。

要么我误解了 FileLock，要么它不是适合我的问题的解决方案。

Answer 1

有关另一个进程的消息仅表示您系统上的某个进程打开了该文件。它实际上并不检查该进程是否恰好与尝试删除/重命名文件的进程相同。在这种情况下，同一程序打开了文件。您已打开它以获取锁。此处的锁几乎没有值(value)，尤其是当您为删除或重命名操作执行此操作时。

要执行您想要的操作，您需要锁定目录条目。这在 Java 中不可用，在 Windows 中可能也不可用。这些(删除和插入)操作是原子的。这意味着操作系统负责为您锁定目录和其他文件系统结构。如果另一个进程(或您自己的进程)打开了文件，那么这些操作将失败。如果您试图以独占方式锁定文件(目录条目)，而另一个进程(或您自己的进程)打开了该文件，则锁定将失败。没有区别，但尝试锁定只会使操作变得复杂，并且在这种情况下，会使操作变得不可能(也就是说，文件总是在您尝试执行操作之前打开)。

现在写入文件是一个有效的锁定操作。锁定要写入的文件或文件的一部分，然后它将起作用。在 Windows 上，此锁定机制是强制性的，因此另一个打开/文件描述符将无法写入锁定下的任何部分。

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根据 FileChannel.lock 上的 JavaDoc，它与调用 FileChannel.lock(0L, Long.MAXVALUE, false) 相同。这是从第一个字节到最后一个字节的区域的独占锁。

其次，根据 FileLock 上的 JavaDoc

Whether or not a lock actually prevents another program from accessing the content of the locked region is system-dependent and therefore unspecified. The native file-locking facilities of some systems are merely advisory, meaning that programs must cooperatively observe a known locking protocol in order to guarantee data integrity. On other systems native file locks are mandatory, meaning that if one program locks a region of a file then other programs are actually prevented from accessing that region in a way that would violate the lock. On yet other systems, whether native file locks are advisory or mandatory is configurable on a per-file basis. To ensure consistent and correct behavior across platforms, it is strongly recommended that the locks provided by this API be used as if they were advisory locks.

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对于testWrite 方法。公共(public) I/O 静态方法上的 JavaDoc 是稀疏的，但说“如果文件不存在，则将字符串写入创建文件的文件......”并且因为此方法采用 File 而不是打开流，它可能会在内部打开文件。可能它没有打开具有共享访问权限的文件，也没有打开附加访问权限。这意味着现有的打开和锁定(您打开获取锁的 channel )正在阻止该使用。要了解更多信息，您需要获取该方法的源代码并查看它的作用。

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对不起，我纠正了。我检查了 Windows API，文件锁定在 Windows 上是强制性的。这就是写入失败的原因。第一次打开(您的 new RandomAccessFile)并锁定文件。打开写入字符串成功但写入失败，因为另一个打开(文件描述符)在强制排他锁下具有文件的完整范围 - 也就是说，在释放锁之前没有其他文件描述符可以写入文件。

请注意，锁定与文件描述符相关联不是进程或线程。