内存映射文件(Memory-mapped File),指的是将一段虚拟内存逐字节映射于一个文件,使得应用程序处理文件如同访问主内存(但在真正使用到这些数据前却不会消耗物理内存,也不会有读写磁盘的操作),这要比直接文件读写快几个数量级。
稍微解释一下虚拟内存(很明显,不是物理内存),它是计算机系统内存管理的一种技术。像施了妖法一样使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存,实际上呢,它通常是被分隔成多个物理内存的碎片,还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上,在需要时进行数据交换。
内存映射文件主要的用处是增加 I/O 性能,特别是针对大文件。对于小文件,内存映射文件反而会导致碎片空间的浪费,因为内存映射总是要对齐页边界,最小单位是 4 KiB,一个 5 KiB 的文件将会映射占用 8 KiB 内存,也就会浪费 3 KiB 内存。
java.nio 包使得内存映射变得非常简单,其中的核心类叫做 MappedByteBuffer,字面意思为映射的字节缓冲区。
01、使用 MappedByteBuffer 读取文件
假设现在有一个文件,名叫 cmower.txt,里面的内容是:
沉默王二,一个有趣的程序员
PS:哎,改不了王婆卖瓜自卖自夸这个臭毛病了,因为文章被盗得都怕了。
这个文件放在 /resource 目录下,我们可以通过下面的方法获取到它:
ClassLoader classLoader = Cmower.class.getClassLoader();
Path path = Paths.get(classLoader.getResource("cmower.txt").getPath());
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Path 既可以表示一个目录,也可以表示一个文件,就像 File 那样——当然了,Path 是用来取代 File 的。
然后,从文件中获取一个 channel(通道,对磁盘文件的一种抽象)。
FileChannel fileChannel = FileChannel.open(path);
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紧接着,调用 FileChannel 类的 map 方法从 channel 中获取 MappedByteBuffer,此类扩展了 ByteBuffer——提供了一些内存映射文件的基本操作方法。
MappedByteBuffer mappedByteBuffer = fileChannel.map(mode, position, size);
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稍微解释一下 map 方法的三个参数。
1)mode 为文件映射模式,分为三种:
MapMode.READ_ONLY(只读),任何试图修改缓冲区的操作将导致抛出 ReadOnlyBufferException 异常。
MapMode.READ_WRITE(读/写),任何对缓冲区的更改都会在某个时刻写入文件中。需要注意的是,其他映射同一个文件的程序可能不能立即看到这些修改,多个程序同时进行文件映射的行为依赖于操作系统。
MapMode.PRIVATE(私有), 对缓冲区的更改不会被写入到该文件,任何修改对这个缓冲区来说都是私有的。
2)position 为文件映射时的起始位置。
3)size 为要映射的区域的大小,必须是非负数,不得大于Integer.MAX_VALUE。
一旦把文件映射到内存缓冲区,我们就可以把里面的数据读入到 CharBuffer 中并打印出来。具体的代码示例如下。
CharBuffer charBuffer = null;
ClassLoader classLoader = Cmower.class.getClassLoader();
Path path = Paths.get(classLoader.getResource("cmower.txt").getPath());
try (FileChannel fileChannel = FileChannel.open(path)) {
MappedByteBuffer mappedByteBuffer = fileChannel.map(MapMode.READ_ONLY, 0, fileChannel.size());
if (mappedByteBuffer != null) {
charBuffer = Charset.forName("UTF-8").decode(mappedByteBuffer);
}
System.out.println(charBuffer.toString());
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
由于 decode() 方法的参数是 MappedByteBuffer,这就意味着我们是从内存中而不是磁盘中读入的文件内容,所以速度会非常快。
02、使用 MappedByteBuffer 写入文件
假设现在要把下面的内容写入到一个文件,名叫 cmower1.txt。
沉默王二,《Web全栈开发进阶之路》作者
这个文件还没有创建,计划放在项目的 classpath 目录下。
Path path = Paths.get("cmower1.txt");
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具体位置见下图所示。
然后,创建文件的通道。
FileChannel fileChannel = FileChannel.open(path, StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.WRITE,
StandardOpenOption.TRUNCATE_EXISTING)
仍然使用的 open 方法,不过增加了 3 个参数,前 2 个很好理解,表示文件可读(READ)、可写(WRITE);第 3 个参数 TRUNCATE_EXISTING 的意思是如果文件已经存在,并且文件已经打开将要进行 WRITE 操作,则其长度被截断为 0。
紧接着,仍然调用 FileChannel 类的 map 方法从 channel 中获取 MappedByteBuffer。
MappedByteBuffer mappedByteBuffer = fileChannel.map(MapMode.READ_WRITE, 0, 1024);
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这一次,我们把模式调整为 MapMode.READ_WRITE,并且指定文件大小为 1024,即 1KB 的大小。然后使用 MappedByteBuffer 中的 put() 方法将 CharBuffer 的内容保存到文件中。具体的代码示例如下。
CharBuffer charBuffer = CharBuffer.wrap("沉默王二,《Web全栈开发进阶之路》作者"); Path path = Paths.get("cmower1.txt"); try (FileChannel fileChannel = FileChannel.open(path, StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.TRUNCATE_EXISTING)) { MappedByteBuffer mappedByteBuffer = fileChannel.map(MapMode.READ_WRITE, 0, 1024); if (mappedByteBuffer != null) { mappedByteBuffer.put(Charset.forName("UTF-8").encode(charBuffer)); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); }
可以打开 cmower1.txt 查看一下内容,确认预期的内容有没有写入成功。