Java GZip 基于内存实现压缩和解压的方法

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  GZip是常用的无损压缩算法实现，在Linux中较为常见，像我们在Linux安装软件时，基本都是.tar.gz格式。.tar.gz格式文件需要先对目录内文件进行tar压缩，然后使用GZip进行压缩。

  本文针对基于磁盘的压缩和解压进行演示，演示只针对一层目录结构进行，多层目录只需递归操作进行即可。

  Maven依赖

  org.apache.commons: commons-compress: 1.19: 此依赖封装了很多压缩算法相关的工具类，提供的API还是相对比较底层，我们今天在它的基础上做进一步封装。

<dependency>
	<groupId>org.apache.commons</groupId>
	<artifactId>commons-compress</artifactId>
	<version>1.19</version>
</dependency>
<dependency>
  <groupId>log4j</groupId>
  <artifactId>log4j</artifactId>
  <version>1.2.17</version>
</dependency>

  工具类

  在实际应用中，对应不同需求，可能需要生成若干文件，然后将其压缩。在某些应用中，文件较小、文件数量较少且较为固定，频繁与磁盘操作，会带来不必要的效率影响。

  工具类针对.tar.gz格式提供了compressByTar、decompressByTar、compressByGZip、decompressByGZip四个方法，用于处理.tar.gz格式压缩文件，代码如下：

package com.arhorchin.securitit.compress.gzip;

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

import org.apache.commons.compress.archivers.tar.TarArchiveEntry;
import org.apache.commons.compress.archivers.tar.TarArchiveInputStream;
import org.apache.commons.compress.archivers.tar.TarArchiveOutputStream;
import org.apache.commons.compress.compressors.gzip.GzipCompressorInputStream;
import org.apache.commons.compress.compressors.gzip.GzipCompressorOutputStream;
import org.apache.commons.io.IOUtils;

/**
 * @author Securitit.
 * @note 基于内存以ZIP算法进行压缩和解压工具类.
 */
public class GZipRamUtil {

  /**
   * 使用TAR算法进行压缩.
   * @param sourceFileBytesMap 待压缩文件的Map集合.
   * @return 压缩后的TAR文件字节数组.
   * @throws Exception 压缩过程中可能发生的异常，若发生异常，则返回的字节数组长度为0.
   */
  public static byte[] compressByTar(Map<String, byte[]> tarFileBytesMap) throws Exception {
    // 变量定义.
    ByteArrayOutputStream tarBaos = null;
    TarArchiveOutputStream tarTaos = null;
    TarArchiveEntry tarTae = null;

    try {
      // 压缩变量初始化.
      tarBaos = new ByteArrayOutputStream();
      tarTaos = new TarArchiveOutputStream(tarBaos);
      // // 将文件添加到TAR条目中.
      for (Map.Entry<String, byte[]> fileEntry : tarFileBytesMap.entrySet()) {
        tarTae = new TarArchiveEntry(fileEntry.getKey());
        tarTae.setName(fileEntry.getKey());
        tarTae.setSize(fileEntry.getValue().length);
        tarTaos.putArchiveEntry(tarTae);
        tarTaos.write(fileEntry.getValue());
        tarTaos.closeArchiveEntry();
      }
    } finally {
      if (tarTaos != null) {
        tarTaos.close();
      }
      if (null == tarBaos) {
        tarBaos = new ByteArrayOutputStream();
      }
    }
    return tarBaos.toByteArray();
  }

  /**
   * 使用TAR算法进行解压.
   * @param sourceZipFileBytes TAR文件字节数组.
   * @return 解压后的文件Map集合.
   * @throws Exception 解压过程中可能发生的异常，若发生异常，返回Map集合长度为0.
   */
  public static Map<String, byte[]> decompressByTar(byte[] sourceTarFileBytes) throws Exception {
    // 变量定义.
    TarArchiveEntry sourceTarTae = null;
    ByteArrayInputStream sourceTarBais = null;
    TarArchiveInputStream sourceTarTais = null;
    Map<String, byte[]> targetFilesFolderMap = null;

    try {
      // 解压变量初始化.
      targetFilesFolderMap = new HashMap<String, byte[]>();
      sourceTarBais = new ByteArrayInputStream(sourceTarFileBytes);
      sourceTarTais = new TarArchiveInputStream(sourceTarBais);
      // 条目解压缩至Map中.
      while ((sourceTarTae = sourceTarTais.getNextTarEntry()) != null) {
        targetFilesFolderMap.put(sourceTarTae.getName(), IOUtils.toByteArray(sourceTarTais));
      }
    } finally {
      if (sourceTarTais != null)
        sourceTarTais.close();
    }
    return targetFilesFolderMap;
  }

  /**
   * 使用GZIP算法进行压缩.
   * @param sourceFileBytesMap 待压缩文件的Map集合.
   * @return 压缩后的GZIP文件字节数组.
   * @throws Exception 压缩过程中可能发生的异常，若发生异常，则返回的字节数组长度为0.
   */
  public static byte[] compressByGZip(byte[] sourceFileBytes) throws IOException {
    // 变量定义.
    ByteArrayOutputStream gzipBaos = null;
    GzipCompressorOutputStream gzipGcos = null;

    try {
      // 压缩变量初始化.
      gzipBaos = new ByteArrayOutputStream();
      gzipGcos = new GzipCompressorOutputStream(gzipBaos);
      // 采用commons-compress提供的方式进行压缩.
      gzipGcos.write(sourceFileBytes);
    } finally {
      if (gzipGcos != null) {
        gzipGcos.close();
      }
      if (null == gzipBaos) {
        gzipBaos = new ByteArrayOutputStream();
      }
    }
    return gzipBaos.toByteArray();
  }

  /**
   * 使用GZIP算法进行解压.
   * @param sourceGZipFileBytes GZIP文件字节数组.
   * @return 解压后的文件Map集合.
   * @throws Exception 解压过程中可能发生的异常，若发生异常，则返回的字节数组长度为0.
   */
  public static byte[] decompressByGZip(byte[] sourceGZipFileBytes) throws IOException {
    // 变量定义.
    ByteArrayOutputStream gzipBaos = null;
    ByteArrayInputStream sourceGZipBais = null;
    GzipCompressorInputStream sourceGZipGcis = null;

    try {
      // 解压变量初始化.
      gzipBaos = new ByteArrayOutputStream();
      sourceGZipBais = new ByteArrayInputStream(sourceGZipFileBytes);
      sourceGZipGcis = new GzipCompressorInputStream(sourceGZipBais);
      // 采用commons-compress提供的方式进行解压.
      gzipBaos.write(IOUtils.toByteArray(sourceGZipGcis));
    } finally {
      if (sourceGZipGcis != null)
        sourceGZipGcis.close();
    }
    return gzipBaos.toByteArray();
  }

}

  工具类测试

  在Maven依赖引入正确的情况下，复制上面的代码到项目中，修改package，可以直接使用，下面我们对工具类进行简单测试。测试类代码如下：

package com.arhorchin.securitit.compress.gzip;

import java.io.File;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import com.arhorchin.securitit.compress.gzip.GZipRamUtil;

/**
 * @author Securitit.
 * @note GZipRamUtil工具类测试.
 */
public class GZipRamUtilTester {

  public static void main(String[] args) throws Exception {
    Map<String, byte[]> fileBytesMap = null;

    fileBytesMap = new HashMap<String, byte[]>();
    // 设置文件列表.
    File dirFile = new File("C:/Users/Administrator/Downloads/个人文件/2020-07-13/files");
    for (File file : dirFile.listFiles()) {
      fileBytesMap.put(file.getName(), FileUtils.readFileToByteArray(file));
    }

    byte[] ramBytes = GZipRamUtil.compressByTar(fileBytesMap);
    ramBytes = GZipRamUtil.compressByGZip(ramBytes);
    FileUtils.writeByteArrayToFile(new File("C:/Users/Administrator/Downloads/个人文件/2020-07-13/ram.tar.gz"), ramBytes);

    ramBytes = GZipRamUtil.decompressByGZip(ramBytes);
    fileBytesMap = GZipRamUtil.decompressByTar(ramBytes);
    System.out.println(fileBytesMap.size());
  }

}

  运行测试后，通过查看ram.tar.gz和控制台输出解压后文件数量，可以确认工具类运行结果无误。

  总结

  1) 在小文件、文件数量较小且较为固定时，提倡使用内存压缩和解压方式。使用内存换时间，减少频繁的磁盘操作。

  2) 在大文件、文件数量较大时，提倡使用磁盘压缩和解压方式。过大文件对服务会造成过度的负载，磁盘压缩和解压可以缓解这种压力。《Java GZip 基于磁盘实现压缩和解压》

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