Java NIO教程 MappedByteBuffer

Z时代
2024-01-10
分类：综合

java

之前跟大家说过，要讲MappedByteBuffer,现在我来履行承诺了。

首先从大体上讲一下MappedByteBuffer究竟是什么。从继承结构上来讲，MappedByteBuffer继承自ByteBuffer，所以ByteBuffer有的能力它全有；像变动position和limit指针啦、包装一个其他种类Buffer的视图啦，都可以。“MappedByteBuffer”为何而来？吾辈心中亦有惑（熊猫人之谜的梗）用一个字来概括就是快

为什么快？因为它使用direct buffer的方式读写文件内容，这种方式的学名叫做内存映射。这种方式直接调用系统底层的缓存，没有JVM和系统之间的复制操作，所以效率大大的提高了。而且由于它这么快，还可以用它来在进程（或线程）间传递消息，基本上能达到和“共享内存页”相同的作用，只不过它是依托实体文件来运行的。

而且它还有另一种能力。就是它可以让我们读写那些因为太大而不能放进内存中的文件。有了它，我们就可以假定整个文件都放在内存中（实际上，大文件放在内存和虚拟内存中），基本上都可以将它当作一个特别大的数组来访问，这样极大的简化了对于大文件的修改等操作。

下面我们开始介绍它的用法了

FileChannel提供了map方法来把文件映射为MappedByteBuffer： MappedByteBuffer map(int mode,long position,long size); 可以把文件的从position开始的size大小的区域映射为MappedByteBuffer，mode指出了可访问该内存映像文件的方式，共有三种，分别为：
MapMode.READ_ONLY（只读）：试图修改得到的缓冲区将导致抛出 ReadOnlyBufferException。
MapMode.READ_WRITE（读/写）：对得到的缓冲区的更改最终将写入文件；但该更改对映射到同一文件的其他程序不一定是可见的（无处不在的“一致性问题”又出现了）。
MapMode.PRIVATE（专用）：可读可写,但是修改的内容不会写入文件,只是buffer自身的改变，这种能力称之为”copy on write”

再简单的说一下，MappedByteBuffer较之ByteBuffer新增的三个方法

fore()缓冲区是READ_WRITE模式下，此方法对缓冲区内容的修改强行写入文件

load()将缓冲区的内容载入内存，并返回该缓冲区的引用

isLoaded()如果缓冲区的内容在物理内存中，则返回真，否则返回假

下面代码终于出场了

int length = 0x8FFFFFF;//一个byte占1B，所以共向文件中存128M的数据
try (FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get("src/c.txt"),
		StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.WRITE);) {
	MappedByteBuffer mapBuffer = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, length);
	for(int i=0;i<length;i++) {
		mapBuffer.put((byte)0);
	}
	for(int i = length/2;i<length/2+4;i++) {
		//像数组一样访问
		System.out.println(mapBuffer.get(i));
	}
}

上面是MappedByteBuffer最基本的应用，而下面这段代码主要是测试它到底有多快，

import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;
public class TestMappedByteBuffer {
	private static int length = 0x2FFFFFFF;//1G
	private abstract static class Tester {
		private String name;
		public Tester(String name) {
			this.name = name;
		}
		public void runTest() {
			System.out.print(name + ": ");
			long start = System.currentTimeMillis();
			test();
			System.out.println(System.currentTimeMillis()-start+" ms");
		}
		public abstract void test();
	}
	private static Tester[] testers = {
		new Tester("Stream RW") {
			public void test() {
				try (FileInputStream fis = new FileInputStream(
						"src/a.txt");
						DataInputStream dis = new DataInputStream(fis);
						FileOutputStream fos = new FileOutputStream(
								"src/a.txt");
						DataOutputStream dos = new DataOutputStream(fos);) {
					byte b = (byte)0;
					for(int i=0;i<length;i++) {
						dos.writeByte(b);
						dos.flush();
					}					
					while (dis.read()!= -1) {
					}
				} catch (IOException e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}
		},
		new Tester("Mapped RW") {
			public void test() {
				try (FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get("src/b.txt"),
						StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.WRITE);) {
					MappedByteBuffer mapBuffer = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, length);
					for(int i=0;i<length;i++) {
						mapBuffer.put((byte)0);
					}
					mapBuffer.flip();
					while(mapBuffer.hasRemaining()) {
						mapBuffer.get();
					}
				} catch (IOException e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}
		},
		new Tester("Mapped PRIVATE") {
			public void test() {
				try (FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get("src/c.txt"),
						StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.WRITE);) {
					MappedByteBuffer mapBuffer = channel.map(FileChannel.MapMode.PRIVATE, 0, length);
					for(int i=0;i<length;i++) {
						mapBuffer.put((byte)0);
					}
					mapBuffer.flip();
					while(mapBuffer.hasRemaining()) {
						mapBuffer.get();
					}
				} catch (IOException e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}
		}
	};
	public static void main(String[] args) {
		for(Tester tester:testers) {
			tester.runTest();
		}
	}
}

先从整体上提一句上面的代码，runTest()是一个模板方法，并且引用了一个未实现的test()方法；通过匿名内部类的实现，填充了测试内容。

再来说上面代码的测试结果。用传统流的方式，当然是最慢的，但应该是由于用的数据量是1G，无法全部读入内存，所以它根本无法完成测试。剩下两种MapMode.READ_WRITE和MapMode.PRIVATE各有特点，首先说MapMode.READ_WRITE，它的速度每次差别较大，在0.6s和8s之间波动，而且很不稳定。但MapMode.PRIVATE就稳得出奇，一直是1.1s到1.2s之间。但无论是哪个速度都是十分惊人的。但是MappedByteBuffer也有不足，就是在数据量很小的时候，表现比较糟糕，那是因为direct buffer的初始化时间较长，所以建议大家只有在数据量较大的时候，在用MappedByteBuffer。

还要强调的一点是，MappedByteBuffer存在内存占用和文件关闭等不确定问题。被MappedByteBuffer打开的文件只有在垃圾收集时才会被关闭，而这个点是不确定的。javadoc里是这么说的：