java中io分为几种（随机IO和Java多种读写文件性能对比）
对于磁盘的读写分为两种模式，顺序IO和随机IO 随机IO存在一个寻址的过程，所以效率比较低而顺序IO，相当于有一个物理索引，在读取的时候不需要寻找地址，效率很高，现在小编就来说说关于java中io分为几种?下面内容希望能帮助到你，我们来一起看看吧!
java中io分为几种
概述对于磁盘的读写分为两种模式，顺序IO和随机IO。 随机IO存在一个寻址的过程，所以效率比较低。而顺序IO，相当于有一个物理索引，在读取的时候不需要寻找地址，效率很高。
基本流程总体结构我们编写的用户程序读写文件时必须经过的OS和硬件交互的内存模型
读文件用户程序通过编程语言提供的读取文件api发起对某个文件读取。此时程序切换到内核态，用户程序处于阻塞状态。由于读取的内容还不在内核缓冲区中，导致触发OS缺页中断异常。然后由OS负责发起对磁盘文件的数据读取。读取到数据后，先存放在OS内核的主存空间，叫PageCache。然后OS再将数据拷贝一份至用户进程空间的主存ByteBuffer中。此时程序由内核态切换至用户态继续运行程序。程序将ByteBuffer中的内容读取到本地变量中，即完成文件数据读取工作。
写文件用户程序通过编程语言提供的写入文件api发起对某个文件写入磁盘。此时程序切换到内核态用户程序处于阻塞状态，由OS负责发起对磁盘文件的数据写入。用户写入数据后，并不是直接写到磁盘的，而是先写到ByteBuffer中，然后再提交到PageCache中。最后由操作系统决定何时写入磁盘。数据写入PageCache中后，此时程序由内核态切换至用户态继续运行。
用户程序将数据写入内核的PageCache缓冲区后，即认为写入成功了。程序由内核态切换回用于态，可以继续后续的工作了。PageCache中的数据最终写入磁盘是由操作系统异步提交至磁盘的。一般是定时或PageCache满了的时候写入。如果用户程序通过调用flush方法强制写入，则操作系统也会服从这个命令。立即将数据写入磁盘然后由内核态切换回用户态继续运行程序。但是这样做会损失性能，但可以确切的知道数据是否已经写入磁盘了。
详细流程读文件
// 一次读多个字节
byte[] tempbytes = new byte[100];
int byteread = 0;
in = new FileInputStream(fileName);//①
ReadFromFile.showAvailableBytes(in);
// 读入多个字节到字节数组中，byteread为一次读入的字节数
while ((byteread = in.read(tempbytes)) != -1) { //②
System.out.write(tempbytes, 0, byteread);
}
操作系统通过iNode节点中的磁盘块占用信息去定位磁盘文件数据。其细节如下
用户读取一个文件，首先需要调用OS中文件系统的open方法。该方法会返回一个文件描述符给用户程序。OS首先根据用户传过来的文件全路径名在目录索引数据结构中找到文件对应的iNode标识ID。目录数据是存在于磁盘上的，在OS初始化时就会加载到内存中，由于目录数据结构并不会很庞大，一次性加载驻留到内存也不是不可以或者部分加载，等需要的时候在从磁盘上调度进内存也可以。根据文件路径在目录中查找效率应该是很高的，因为目录本身就是一棵树，应该也是类似数据库的树形索引结构。所以它的查找算法时间复杂度就是O(logN)。具体细节我暂时还没弄清楚，这不是重点。
iNode就是文件属性索引数据了。磁盘格式化时OS就会把磁盘分区成iNode区和数据区。iNode节点就包含了文件的一些属性信息，比如文件大小、创建修改时间、作者等等。其中最重要的是还存有整个文件数据在磁盘上的分布情况（文件占用了哪些磁盘块）。
得到iNode标识的ID后，就可以去iNode数据中查找到对应的文件属性了,并加载到内存，方便后续读写文件时快速获得磁盘定位。iNode数据结构应该类似哈希结构了，key就是iNode标识ID，value就是具体某个文件的属性数据对象了。所以它的算法时间复杂度就是O(1)。具体细节我暂时还没弄清楚，这不是重点。
我们系统中的文件它的文件属性（iNode）和它的数据正文是分开存储的。文件属性中有文件数据所在磁盘块的位置信息。
文件属性也就是iNode节点这个数据结构，里面包含了文件正文数据在磁盘物理位置上的分布情况。磁盘读写都是以块为单位的。所以这个位置信息其实也就是一个指向磁盘块的物理地址指针。
理解认识磁盘上文件存储数据结构是链表，每一块文件数据节点里有一个指针指向下一块数据节点。理解错误！很多人都知道磁盘存储一个文件不可能是连续分配空间的。而是东一块西一块的存储在磁盘上的。就误以为这些分散的数据节点就像链表一样通过其中一个指针指向下一块数据节点。如下图所示。
怎么说呢？这种方案以前也是有一些文件系统实现过的方案，但是现在常见的磁盘文件系统都不再使用这种落后的方案。而是我前面提到的iNode节点方案。也就是说磁盘上存储的文件数据块就是纯数据，没有其他指针之类的额外信息。之所以我们能顺利定位这些数据块，都全靠iNode节点属性中磁盘块信息的指针。
append文件尾部追加方法是顺序写，也就是磁盘会分配连续的空间给文件存储。理解错误！上面的问题基本已经让我们理解了mmap技术的内存模型。同样的，我们写文件时，由于也少了一次数据从用户缓冲区到内核缓冲区的拷贝操作。使得我们的写效率非常的高。并不是很多人认为的数据直达磁盘，中间不经过内核态切换，并且连续在磁盘上分配空间写入。这些理解都是错误的。
随机读写文件比顺序读写文件慢，是因为磁盘移动磁头来回随机移动导致。理解错误！FileWriter和FileRead的封装类
package cn.itxs.filedemo;
import java.io.*;
public class RWHelper {
public static void fileWrite(String filePath, String content) {
File file = new File(filePath);
//创建FileWriter对象
FileWriter writer = null;
try {
//如果文件不存在，创建文件
if (!file.exists())
file.createNewFile();
writer = new FileWriter(file);
writer.write(content);//写入内容
writer.flush();
writer.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void fileRead(String filePath) {
File file = new File(filePath);
if (file.exists()) {
try {
//创建FileReader对象，读取文件中的内容
FileReader reader = new FileReader(file);
char[] ch = new char[1];
while (reader.read(ch) != -1) {
System.out.print(ch);
}
reader.close();
} catch (IOException ex) {
ex.printStackTrace();
}
}
}
}
FileOutputStream和FileInputStream封装类
package cn.itxs.filedemo;
import java.io.*;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
public class StreamRWHelper {
public static void fileWrite(String filePath, String content) {
FileOutputStream outputStream = null;
try {
File file = new File(filePath);
boolean isCreate = file.createNewFile();//创建文件
if (isCreate) {
outputStream = new FileOutputStream(file);//形参里面可追加true参数，表示在原有文件末尾追加信息
outputStream.write(content.getBytes());
}else {
outputStream = new FileOutputStream(file,true);//表示在原有文件末尾追加信息
outputStream.write(content.getBytes());
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
outputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void fileRead(String filePath) {
File file = new File(filePath);
if (file.exists()) {
try {
//创建FileInputStream对象，读取文件内容
FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
byte[] bys = new byte[1024];
while (fis.read(bys, 0, bys.length) != -1) {
//将字节数组转换为字符串
System.out.print(new String(bys, StandardCharsets.UTF_8));
}
} catch (IOException ex) {
ex.printStackTrace();
}
}
}
/**
* 文件合并
*/
// public static void mergeFile(List<String> inputPaths, String outputPath) throws FileNotFoundException {
//
// Vector<InputStream> inputStream = new Vector<InputStream>();
//
// if (CollectionUtils.isEmpty(inputPaths)) {
// throw new LogicException("合并文件路径不能为空");
// }
//
// for (String inputPath : inputPaths) {
// InputStream in = new FileInputStream(new File(inputPath));
// inputStream.add(in);
// }
//
// //构造一个合并流
// SequenceInputStream stream = new SequenceInputStream(inputStream.elements());
// BufferedOutputStream bos = null;
// try {
// bos = new BufferedOutputStream(
// new FileOutputStream(outputPath));
//
// byte[] bytes = new byte[10240];
// int len = -1;
// while((len=stream.read(bytes))!=-1){
// bos.write(bytes,0,len);
// bos.flush();
// }
// log.info("文件合并完成!");
// } catch (IOException e) {
// e.printStackTrace();
// }finally {
// try {
// if (null != bos ) {
// bos.close();
// }
// stream.close();
// } catch (IOException ignored) {
// }
// }
// }
}
BufferedWriter和BufferedReader封装类
package cn.itxs.filedemo;
import java.io.*;
public class BuffredRWHelper {
public static void fileWrite(String filePath, String content) {
File file = new File(filePath);
//创建FileWriter对象
BufferedWriter writer = null;
try {
//如果文件不存在，创建文件
if (!file.exists())
file.createNewFile();
writer = new BufferedWriter(new FileWriter(file));
writer.write(content);//写入内容
writer.flush();
writer.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void fileRead(String filePath) {
File file = new File(filePath);
if (file.exists()) {
try {
//创建FileReader对象，读取文件中的内容
BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(file));
String line;
while ((line = reader.readLine()) != null) {
System.out.print(line);
}
reader.close();
} catch (IOException ex) {
ex.printStackTrace();
}
}
}
}
MappedByteBuffer读写封装类
package cn.itxs.filedemo;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
public class BigFileHelper {
public static long fileWrite(String filePath, String content, int index) {
File file = new File(filePath);
RandomAccessFile randomAccessTargetFile;
MappedByteBuffer map;
try {
randomAccessTargetFile = new RandomAccessFile(file, "rw");
FileChannel targetFileChannel = randomAccessTargetFile.getChannel();
map = targetFileChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, (long) 1024 * 1024 * 240);
/**
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(content.length());
byteBuffer.put(content.getBytes());
byteBuffer.flip();
while (byteBuffer.hasRemaining()) {
targetFileChannel.write(byteBuffer);
}
//MappedByteBuffer再次获取内存中的内容,获取到的内容是woshihaoren
byte[] bytes = new byte[content.length()];
map.get(bytes);
System.out.println(new String(bytes));
**/
map.position(index);
map.put(content.getBytes());
return map.position();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
}
return 0L;
}
// String woshihaoren = "woshihaoren";
// try (RandomAccessFile f = new RandomAccessFile("D:\\a.txt", "rw")) {
// FileChannel fc = f.getChannel();
// // 创建一个MappedByteBuffer,此时MappedByteBuffer获取到的内容都是空
// MappedByteBuffer mbb = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, woshihaoren.length());
// // 将字符串写入
// ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(woshihaoren.length());
// byteBuffer.put(woshihaoren.getBytes());
// byteBuffer.flip();
// while (byteBuffer.hasRemaining()) {
// fc.write(byteBuffer);
// }
//
// // MappedByteBuffer再次获取内存中的内容,获取到的内容是woshihaoren
// byte[] bytes = new byte[woshihaoren.length()];
// mbb.get(bytes);
// System.out.println(new String(bytes));
// } catch (Exception e) {
// e.printStackTrace();
// }
public static String fileRead(String filePath, long index) {
File file = new File(filePath);
RandomAccessFile randomAccessTargetFile;
MappedByteBuffer map;
try {
randomAccessTargetFile = new RandomAccessFile(file, "rw");
FileChannel targetFileChannel = randomAccessTargetFile.getChannel();
map = targetFileChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, index);
byte[] byteArr = new byte[10 * 1024];
map.get(byteArr, 0, (int) index);
return new String(byteArr);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
}
return "";
}
}
测试类
package cn.itxs.filedemo;
import java.util.Random;
/**
* Hello world!
*
*/
public class App
{
public static void main( String[] args )
{
long start = System.currentTimeMillis();
System.out.println("start:" start);
int count = Integer.parseInt(args[1]);
for (int i = 0; i < count; i ) {
System.out.println("file start:" System.currentTimeMillis());
if (Integer.parseInt(args[0]) == 1) {
String bigFileName = args[2] i ".txt";
BigFileHelper.fileWrite(bigFileName,getFixStr(2000000),0);
}else if (Integer.parseInt(args[0]) == 2){
String commonFileName = args[2] i ".txt";
RWHelper.fileWrite(commonFileName,getFixStr(2000000));
}else {
System.exit(0);
}
System.out.println("file end:" System.currentTimeMillis());
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("end:" end ",time:" (end-start));
}
public static String getRandomNumStr(long n) {
Random random = new Random();
StringBuilder randomStr = new StringBuilder();
for (long i = 0; i < n; i ) {
randomStr.append(random.nextInt(10));
}
return randomStr.toString();
}
public static String getFixStr(long n) {
Random random = new Random();
StringBuilder randomStr = new StringBuilder();
for (long i = 0; i < n; i ) {
randomStr.append("aaaasdfaaaaaaayyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyfffffaaaaaaaaaaaaaaasdfsdfsdfsdfsdfdafsdf");
}
return randomStr.toString();
}
}
普通写文件IO情况
内存映射写文件IO情况
测试共100个230M文件约22G数据，普通写文件共耗时321726毫秒约332秒，内存映射共耗时129924毫秒约130秒，估计和磁盘类型有关。10个2.2G文件普通写文件16秒，内存映射10秒。
因为内容实在是太多了，小编在此就不做过多的介绍了，想了解更多的Java知识可以关注小编！
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