淺析Java?NIO?直接緩沖區(qū)和非直接緩沖區(qū)

更新時間：2021年11月30日 09:17:02 作者：我會努力變強(qiáng)的

本篇文章主要為大家介紹了Java?NIO?中直接緩沖區(qū)和非直接緩沖區(qū)的定義以及使用流程，本文給大家介紹的非常詳細(xì)，對大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價(jià)值,需要的朋友可以參考下

定義

以上是書《深入理解java虛擬機(jī)》對直接內(nèi)存的描述。直接緩沖區(qū)用的就是直接內(nèi)存。

java nio字節(jié)緩沖區(qū)要么是直接的，要么是非直接的。如果為直接字節(jié)緩沖區(qū)，則java虛擬機(jī)會盡最大努力直接在此緩沖區(qū)上執(zhí)行本機(jī)的IO操作，也就是說，在每次調(diào)用基礎(chǔ)操作系統(tǒng)的一個本機(jī)IO操作前后，虛擬機(jī)都會盡量避免將內(nèi)核緩沖區(qū)內(nèi)容復(fù)制到用戶進(jìn)程緩沖區(qū)中，或者反過來，盡量避免從用戶進(jìn)程緩沖區(qū)復(fù)制到內(nèi)核緩沖區(qū)中。
直接緩沖區(qū)可以通過調(diào)用該緩沖區(qū)類的allocateDirect(int capacity) 方法創(chuàng)建，此方法返回的緩沖區(qū)進(jìn)行分配和取消分配所需的成本要高于非直接緩沖區(qū)。直接緩沖區(qū)的內(nèi)容駐留在垃圾回收堆之外，因此他們對應(yīng)用程序內(nèi)存（JVM內(nèi)存）需求不大。所以建議直接緩沖區(qū)要分配給那些大型，持久（就是緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)會被重復(fù)利用）的緩沖區(qū)，一般情況下，最好僅在直接緩沖區(qū)能在程序性能帶來非常明顯的好處時才分配它們。
直接緩沖區(qū)還可以通過FileCHannel的map()方法將文件區(qū)域映射到內(nèi)存中來創(chuàng)建，該方法返回MappedByteBuffer。java平臺的實(shí)現(xiàn)有助于通過JNI本地代碼創(chuàng)建直接字節(jié)緩沖區(qū)，如果以上這些緩沖區(qū)中某個緩沖區(qū)實(shí)例指向的是不可訪問的內(nèi)存區(qū)域，則試圖方法該區(qū)域不會更改緩沖區(qū)的內(nèi)容，并且會在訪問期間或者稍后的某個時間導(dǎo)致報(bào)出不確定性異常。
字節(jié)緩沖區(qū)是直接緩沖區(qū)還是非直接緩沖區(qū)可以通過調(diào)用其isDIrect()方法來判斷。

基于NIO的本地IO直接內(nèi)存使用：

傳統(tǒng)IO對文件數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫的流程：

流程說明（以上是應(yīng)用程序完成一次文件拷貝的流程）：

應(yīng)用進(jìn)程發(fā)起一個讀請求系統(tǒng)調(diào)用，然后進(jìn)程切換到內(nèi)核態(tài)。
DMA把磁盤數(shù)據(jù)復(fù)制到內(nèi)核緩沖區(qū)中。
內(nèi)核把緩沖區(qū)數(shù)據(jù)復(fù)制到用戶緩沖區(qū)中。
進(jìn)程切換到用戶態(tài)。
應(yīng)用進(jìn)程發(fā)起一個寫請求系統(tǒng)調(diào)用，然后進(jìn)程切換到內(nèi)核態(tài)。
內(nèi)核把用戶緩沖區(qū)數(shù)據(jù)復(fù)制到內(nèi)核緩沖區(qū)。
DMA把內(nèi)核緩沖區(qū)數(shù)據(jù)復(fù)制到磁盤上。
返回。

以上流程一共進(jìn)行了四次上下文切換，四次數(shù)據(jù)拷貝。

使用mmap實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)文件IO優(yōu)化。

mmap：通過把內(nèi)核緩沖區(qū)和用戶緩沖區(qū)映射在物理內(nèi)存上映射為同一地址空間。這樣就不用對數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制了。

這個是傳統(tǒng)的：

使用mmap后的IO大致流程：

數(shù)據(jù)拷貝次數(shù)從4次縮短到了兩次。

相關(guān)API demo以及比較：詳細(xì)api解釋可以查看Java NIO學(xué)習(xí)篇之通道FileChannel詳解

//使用直接緩沖區(qū)API進(jìn)行一個700多M的文件進(jìn)行拷貝
public static void testDirect(){
        try {
            long start = System.currentTimeMillis();
            FileChannel srcFileChannel = FileChannel.open(Paths.get("C:\\Users\\Yehaocong\\Desktop\\test\\95462017-1-64.flv"), StandardOpenOption.READ);
            FileChannel destFileChannel = FileChannel.open(Paths.get("C:\\Users\\Yehaocong\\Desktop\\test\\95462017-1-64-cp1.flv"),StandardOpenOption.CREATE,
                    StandardOpenOption.WRITE,StandardOpenOption.READ);
            MappedByteBuffer srcByteBuffer = srcFileChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY,0,srcFileChannel.size());
            MappedByteBuffer descByteBuffer = destFileChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE,0,srcFileChannel.size());
            descByteBuffer.put(srcByteBuffer);
            srcFileChannel.close();
            destFileChannel.close();
            System.out.println("直接緩沖區(qū)耗時：" + (System.currentTimeMillis()-start));
      } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

public static void testSimpleIO(){
        try {
            long start = System.currentTimeMillis();
            FileChannel srcFileChannel = FileChannel.open(Paths.get("C:\\Users\\Yehaocong\\Desktop\\test\\95462017-1-64.flv"), StandardOpenOption.READ);
            FileChannel destFileChannel = FileChannel.open(Paths.get("C:\\Users\\Yehaocong\\Desktop\\test\\95462017-1-64-cp.flv"),StandardOpenOption.CREATE,
                    StandardOpenOption.WRITE,StandardOpenOption.READ);
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate((int) srcFileChannel.size());
            while (srcFileChannel.read(byteBuffer)!=-1){
                byteBuffer.flip();
                destFileChannel.write(byteBuffer);
                byteBuffer.clear();
            }


            srcFileChannel.close();
            destFileChannel.close();

            System.out.println("非緩沖區(qū)耗時：" + (System.currentTimeMillis()-start));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

執(zhí)行結(jié)果：

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