主體：

目前最流行的J2SDK版本是1.3系列。使用該版本的開發人員需文件隨機存取，就得使用RandomAccessFile類。其I/O性能較之其它常用開發語言的同類性能差距甚遠，嚴重影響程序的運行效率。

開發人員迫切需要提高效率，下面分析RandomAccessFile等文件類的源代碼，找出其中的癥結所在，并加以改進優化，創建一個"性/價比"俱佳的隨機文件訪問類BufferedRandomAccessFile。

在改進之前先做一個基本測試：逐字節COPY一個12兆的文件（這里牽涉到讀和寫）。

讀寫耗用時間（秒）

RandomAccessFile	RandomAccessFile	95.848
BufferedInputStream + DataInputStream	BufferedOutputStream + DataOutputStream	2.935

我們可以看到兩者差距約32倍，RandomAccessFile也太慢了。先看看兩者關鍵部分的源代碼，對比分析，找出原因。

1．1．[RandomAccessFile]

public class RandomAccessFile implements DataOutput, DataInput {public final byte readByte() throws IOException {int ch = this.read();if (ch < 0)throw new EOFException();return (byte)(ch);}public native int read() throws IOException; public final void writeByte(int v) throws IOException {write(v);} public native void write(int b) throws IOException; }

可見，RandomAccessFile每讀/寫一個字節就需對磁盤進行一次I/O操作。

1．2．[BufferedInputStream]

public class BufferedInputStream extends FilterInputStream {private static int defaultBufferSize = 2048; protected byte buf[]; // 建立讀緩存區public BufferedInputStream(InputStream in, int size) {super(in); if (size <= 0) {throw new IllegalArgumentException("Buffer size <= 0");}buf = new byte[size];}public synchronized int read() throws IOException {ensureOpen();if (pos >= count) {fill();if (pos >= count)return -1;}return buf[pos++] & 0xff; // 直接從BUF[]中讀取} private void fill() throws IOException {if (markpos < 0)pos = 0; /* no mark: throw away the buffer */else if (pos >= buf.length) /* no room left in buffer */if (markpos > 0) { /* can throw away early part of the buffer */int sz = pos - markpos;System.arraycopy(buf, markpos, buf, 0, sz);pos = sz;markpos = 0;} else if (buf.length >= marklimit) {markpos = -1; /* buffer got too big, invalidate mark */pos = 0; /* drop buffer contents */} else { /* grow buffer */int nsz = pos * 2;if (nsz > marklimit)nsz = marklimit;byte nbuf[] = new byte[nsz];System.arraycopy(buf, 0, nbuf, 0, pos);buf = nbuf;}count = pos;int n = in.read(buf, pos, buf.length - pos);if (n > 0)count = n + pos;} }

1．3．[BufferedOutputStream]

public class BufferedOutputStream extends FilterOutputStream {protected byte buf[]; // 建立寫緩存區public BufferedOutputStream(OutputStream out, int size) {super(out);if (size <= 0) {throw new IllegalArgumentException("Buffer size <= 0");}buf = new byte[size];} public synchronized void write(int b) throws IOException {if (count >= buf.length) {flushBuffer();}buf[count++] = (byte)b; // 直接從BUF[]中讀取}private void flushBuffer() throws IOException {if (count > 0) {out.write(buf, 0, count);count = 0;}} }

可見，Buffered I/O putStream每讀/寫一個字節，若要操作的數據在BUF中，就直接對內存的buf[]進行讀/寫操作；否則從磁盤相應位置填充buf[]，再直接對內存的buf[]進行讀/寫操作，絕大部分的讀/寫操作是對內存buf[]的操作。

1．3．小結

內存存取時間單位是納秒級（10E-9），磁盤存取時間單位是毫秒級（10E-3）， 同樣操作一次的開銷，內存比磁盤快了百萬倍。理論上可以預見，即使對內存操作上萬次，花費的時間也遠少對于磁盤一次I/O的開銷。 顯然后者是通過增加位于內存的BUF存取，減少磁盤I/O的開銷，提高存取效率的，當然這樣也增加了BUF控制部分的開銷。從實際應用來看，存取效率提高了32倍。

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根據1.3得出的結論，現試著對RandomAccessFile類也加上緩沖讀寫機制。

隨機訪問類與順序類不同，前者是通過實現DataInput/DataOutput接口創建的，而后者是擴展FilterInputStream/FilterOutputStream創建的，不能直接照搬。

2．1．開辟緩沖區BUF[默認：1024字節]，用作讀/寫的共用緩沖區。

2．2．先實現讀緩沖。

讀緩沖邏輯的基本原理：

A 欲讀文件POS位置的一個字節。

B 查BUF中是否存在？若有，直接從BUF中讀取，并返回該字符BYTE。

C 若沒有，則BUF重新定位到該POS所在的位置并把該位置附近的BUFSIZE的字節的文件內容填充BUFFER，返回B。

以下給出關鍵部分代碼及其說明：

public class BufferedRandomAccessFile extends RandomAccessFile { // byte read(long pos)：讀取當前文件POS位置所在的字節 // bufstartpos、bufendpos代表BUF映射在當前文件的首/尾偏移地址。 // curpos指當前類文件指針的偏移地址。public byte read(long pos) throws IOException {if (pos < this.bufstartpos || pos > this.bufendpos ) {this.flushbuf();this.seek(pos);if ((pos < this.bufstartpos) || (pos > this.bufendpos)) throw new IOException();}this.curpos = pos;return this.buf[(int)(pos - this.bufstartpos)];} // void flushbuf()：bufdirty為真，把buf[]中尚未寫入磁盤的數據，寫入磁盤。private void flushbuf() throws IOException {if (this.bufdirty == true) {if (super.getFilePointer() != this.bufstartpos) {super.seek(this.bufstartpos);}super.write(this.buf, 0, this.bufusedsize);this.bufdirty = false;}} // void seek(long pos)：移動文件指針到pos位置，并把buf[]映射填充至POS 所在的文件塊。public void seek(long pos) throws IOException {if ((pos < this.bufstartpos) || (pos > this.bufendpos)) { // seek pos not in bufthis.flushbuf();if ((pos >= 0) && (pos <= this.fileendpos) && (this.fileendpos != 0)) { // seek pos in file (file length > 0)this.bufstartpos = pos * bufbitlen / bufbitlen;this.bufusedsize = this.fillbuf();} else if (((pos == 0) && (this.fileendpos == 0)) || (pos == this.fileendpos + 1)) { // seek pos is append posthis.bufstartpos = pos;this.bufusedsize = 0;}this.bufendpos = this.bufstartpos + this.bufsize - 1;}this.curpos = pos;} // int fillbuf()：根據bufstartpos，填充buf[]。private int fillbuf() throws IOException {super.seek(this.bufstartpos);this.bufdirty = false;return super.read(this.buf);} }

至此緩沖讀基本實現，逐字節COPY一個12兆的文件（這里牽涉到讀和寫，用BufferedRandomAccessFile試一下讀的速度）：

讀寫耗用時間（秒）

RandomAccessFile	RandomAccessFile	95.848
BufferedRandomAccessFile	BufferedOutputStream + DataOutputStream	2.813
BufferedInputStream + DataInputStream	BufferedOutputStream + DataOutputStream	2.935

可見速度顯著提高，與BufferedInputStream+DataInputStream不相上下。

2．3．實現寫緩沖。

寫緩沖邏輯的基本原理：

A欲寫文件POS位置的一個字節。

B 查BUF中是否有該映射？若有，直接向BUF中寫入，并返回true。

C若沒有，則BUF重新定位到該POS所在的位置，并把該位置附近的 BUFSIZE字節的文件內容填充BUFFER，返回B。

下面給出關鍵部分代碼及其說明：

// boolean write(byte bw, long pos)：向當前文件POS位置寫入字節BW。 // 根據POS的不同及BUF的位置：存在修改、追加、BUF中、BUF外等情 況。在邏輯判斷時，把最可能出現的情況，最先判斷，這樣可提高速度。 // fileendpos：指示當前文件的尾偏移地址，主要考慮到追加因素public boolean write(byte bw, long pos) throws IOException {if ((pos >= this.bufstartpos) && (pos <= this.bufendpos)) { // write pos in bufthis.buf[(int)(pos - this.bufstartpos)] = bw;this.bufdirty = true;if (pos == this.fileendpos + 1) { // write pos is append posthis.fileendpos++;this.bufusedsize++;}} else { // write pos not in bufthis.seek(pos);if ((pos >= 0) && (pos <= this.fileendpos) && (this.fileendpos != 0)) { // write pos is modify filethis.buf[(int)(pos - this.bufstartpos)] = bw;} else if (((pos == 0) && (this.fileendpos == 0)) || (pos == this.fileendpos + 1)) { // write pos is append posthis.buf[0] = bw;this.fileendpos++;this.bufusedsize = 1;} else {throw new IndexOutOfBoundsException();}this.bufdirty = true;}this.curpos = pos;return true;}

至此緩沖寫基本實現，逐字節COPY一個12兆的文件，（這里牽涉到讀和寫，結合緩沖讀，用BufferedRandomAccessFile試一下讀/寫的速度）：

讀寫耗用時間（秒）

RandomAccessFile	RandomAccessFile	95.848
BufferedInputStream + DataInputStream	BufferedOutputStream + DataOutputStream	2.935
BufferedRandomAccessFile	BufferedOutputStream + DataOutputStream	2.813
BufferedRandomAccessFile	BufferedRandomAccessFile	2.453

可見綜合讀/寫速度已超越BufferedInput/OutputStream+DataInput/OutputStream。

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優化BufferedRandomAccessFile。

優化原則：

• 調用頻繁的語句最需要優化，且優化的效果最明顯。
• 多重嵌套邏輯判斷時，最可能出現的判斷，應放在最外層。
• 減少不必要的NEW。

這里舉一典型的例子：

public void seek(long pos) throws IOException {... this.bufstartpos = pos * bufbitlen / bufbitlen; // bufbitlen指buf[]的位長，例：若bufsize=1024，則bufbitlen=10。 ... }

seek函數使用在各函數中，調用非常頻繁，上面加重的這行語句根據pos和bufsize確定buf[]對應當前文件的映射位置，用"*"、"/"確定，顯然不是一個好方法。

優化一：this.bufstartpos = (pos << bufbitlen) >> bufbitlen;

優化二：this.bufstartpos = pos & bufmask; // this.bufmask = ~((long)this.bufsize - 1);

兩者效率都比原來好，但后者顯然更好，因為前者需要兩次移位運算、后者只需一次邏輯與運算（bufmask可以預先得出）。

至此優化基本實現，逐字節COPY一個12兆的文件，（這里牽涉到讀和寫，結合緩沖讀，用優化后BufferedRandomAccessFile試一下讀/寫的速度）：

讀寫耗用時間（秒）

RandomAccessFile	RandomAccessFile	95.848
BufferedInputStream + DataInputStream	BufferedOutputStream + DataOutputStream	2.935
BufferedRandomAccessFile	BufferedOutputStream + DataOutputStream	2.813
BufferedRandomAccessFile	BufferedRandomAccessFile	2.453
BufferedRandomAccessFile優	BufferedRandomAccessFile優	2.197

可見優化盡管不明顯，還是比未優化前快了一些，也許這種效果在老式機上會更明顯。

以上比較的是順序存取，即使是隨機存取，在絕大多數情況下也不止一個BYTE，所以緩沖機制依然有效。而一般的順序存取類要實現隨機存取就不怎么容易了。

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需要完善的地方

提供文件追加功能：

public boolean append(byte bw) throws IOException {return this.write(bw, this.fileendpos + 1);}

提供文件當前位置修改功能：

public boolean write(byte bw) throws IOException {return this.write(bw, this.curpos);}

返回文件長度（由于BUF讀寫的原因，與原來的RandomAccessFile類有所不同）：

public long length() throws IOException {return this.max(this.fileendpos + 1, this.initfilelen);}

返回文件當前指針（由于是通過BUF讀寫的原因，與原來的RandomAccessFile類有所不同）：

public long getFilePointer() throws IOException {return this.curpos;}

提供對當前位置的多個字節的緩沖寫功能：

public void write(byte b[], int off, int len) throws IOException {long writeendpos = this.curpos + len - 1;if (writeendpos <= this.bufendpos) { // b[] in cur buf System.arraycopy(b, off, this.buf, (int)(this.curpos - this.bufstartpos), len);this.bufdirty = true;this.bufusedsize = (int)(writeendpos - this.bufstartpos + 1);} else { // b[] not in cur bufsuper.seek(this.curpos);super.write(b, off, len);}if (writeendpos > this.fileendpos)this.fileendpos = writeendpos;this.seek(writeendpos+1); }public void write(byte b[]) throws IOException {this.write(b, 0, b.length);}

提供對當前位置的多個字節的緩沖讀功能：

public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException { long readendpos = this.curpos + len - 1;if (readendpos <= this.bufendpos && readendpos <= this.fileendpos ) { // read in bufSystem.arraycopy(this.buf, (int)(this.curpos - this.bufstartpos), b, off, len);} else { // read b[] size > buf[]if (readendpos > this.fileendpos) { // read b[] part in filelen = (int)(this.length() - this.curpos + 1);}super.seek(this.curpos);len = super.read(b, off, len);readendpos = this.curpos + len - 1;}this.seek(readendpos + 1);return len; }public int read(byte b[]) throws IOException {return this.read(b, 0, b.length);} public void setLength(long newLength) throws IOException {if (newLength > 0) {this.fileendpos = newLength - 1;} else {this.fileendpos = 0;}super.setLength(newLength); }public void close() throws IOException {this.flushbuf();super.close();}

至此完善工作基本完成，試一下新增的多字節讀/寫功能，通過同時讀/寫1024個字節，來COPY一個12兆的文件，（這里牽涉到讀和寫，用完善后BufferedRandomAccessFile試一下讀/寫的速度）：

讀寫耗用時間（秒）

RandomAccessFile	RandomAccessFile	95.848
BufferedInputStream + DataInputStream	BufferedOutputStream + DataOutputStream	2.935
BufferedRandomAccessFile	BufferedOutputStream + DataOutputStream	2.813
BufferedRandomAccessFile	BufferedRandomAccessFile	2.453
BufferedRandomAccessFile優	BufferedRandomAccessFile優	2.197
BufferedRandomAccessFile完	BufferedRandomAccessFile完	0.401

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與JDK1.4新類MappedByteBuffer+RandomAccessFile的對比？

JDK1.4提供了NIO類 ，其中MappedByteBuffer類用于映射緩沖，也可以映射隨機文件訪問，可見JAVA設計者也看到了RandomAccessFile的問題，并加以改進。怎么通過MappedByteBuffer+RandomAccessFile拷貝文件呢？下面就是測試程序的主要部分：

RandomAccessFile rafi = new RandomAccessFile(SrcFile, "r");RandomAccessFile rafo = new RandomAccessFile(DesFile, "rw");FileChannel fci = rafi.getChannel(); FileChannel fco = rafo.getChannel();long size = fci.size();MappedByteBuffer mbbi = fci.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, size); MappedByteBuffer mbbo = fco.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, size); long start = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < size; i++) {byte b = mbbi.get(i);mbbo.put(i, b); } fcin.close(); fcout.close(); rafi.close(); rafo.close(); System.out.println("Spend: "+(double)(System.currentTimeMillis()-start) / 1000 + "s");

試一下JDK1.4的映射緩沖讀/寫功能，逐字節COPY一個12兆的文件，（這里牽涉到讀和寫）：

讀寫耗用時間（秒）

RandomAccessFile	RandomAccessFile	95.848
BufferedInputStream + DataInputStream	BufferedOutputStream + DataOutputStream	2.935
BufferedRandomAccessFile	BufferedOutputStream + DataOutputStream	2.813
BufferedRandomAccessFile	BufferedRandomAccessFile	2.453
BufferedRandomAccessFile優	BufferedRandomAccessFile優	2.197
BufferedRandomAccessFile完	BufferedRandomAccessFile完	0.401
MappedByteBuffer+ RandomAccessFile	MappedByteBuffer+ RandomAccessFile	1.209

確實不錯，看來JDK1.4比1.3有了極大的進步。如果以后采用1.4版本開發軟件時，需要對文件進行隨機訪問，建議采用MappedByteBuffer+RandomAccessFile的方式。但鑒于目前采用JDK1.3及以前的版本開發的程序占絕大多數的實際情況，如果您開發的JAVA程序使用了RandomAccessFile類來隨機訪問文件，并因其性能不佳，而擔心遭用戶詬病，請試用本文所提供的BufferedRandomAccessFile類，不必推翻重寫，只需IMPORT 本類，把所有的RandomAccessFile改為BufferedRandomAccessFile，您的程序的性能將得到極大的提升，您所要做的就這么簡單。

轉載：http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/l-javaio/

轉載于:https://www.cnblogs.com/davidwang456/p/4065742.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的通过扩展RandomAccessFile类使之具备Buffer改善I/O性能--转载的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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