Java 中的内存映射 mmap

什么是内存映射？

内存映射是一种将磁盘上的文件映射到虚拟内存地址空间中的技术，使得应用程序可以像访问内存一样访问文件。通常情况下，读写文件都需要通过系统调用来完成，这会涉及到数据的复制和内核态和用户态之间的切换，这些操作都会带来一定的性能损失。而内存映射技术通过将文件映射到内存中，典型的是使用页表将物理地址映射到虚拟地址，避免了数据的复制和内核态和用户态之间的切换，从而提升了文件 I/O 的性能。

Java 中的内存映射

Java 中的内存映射技术是通过 java.nio 包中的 FileChannel.map() 方法实现的。该方法返回一个 MappedByteBuffer 对象，用于代表内存映射文件的一部分。可以使用该对象进行读写操作，修改该对象中的数据时，会直接修改对应的文件内容。需要注意的是，对同一个文件进行内存映射操作会共享同一个内存映射区域。

内存映射示例一

import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class MmapExample1 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("example.txt", "rw");
        FileChannel channel = file.getChannel();

        // 映射文件中的前半部分
        int size = 1024;
        MappedByteBuffer buffer = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, size);

        // 写入数据
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            buffer.put((byte) i);
        }

        // 刷新缓存
        buffer.force();

        // 释放内存映射资源
        buffer.clear();
        channel.close();
        file.close();
    }
}

上述代码示例中，首先通过 RandomAccessFile 打开文件，并获取 FileChannel 对象，然后调用 map() 方法将文件的前 1024 个字节映射到内存中，获取到 MappedByteBuffer 实例对象。随后，通过 put() 方法向缓冲区中写入数据，并通过 force() 方法将缓存中的内容写回磁盘，最后释放内存映射资源。

内存映射示例二

import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class MmapExample2 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("example.txt", "r");
        FileChannel channel = file.getChannel();

        // 映射文件的所有部分
        MappedByteBuffer buffer = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, channel.size());

        // 读取数据
        while (buffer.hasRemaining()) {
            System.out.print((char) buffer.get());
        }

        // 释放内存映射资源
        buffer.clear();
        channel.close();
        file.close();
    }
}

上述代码示例中，首先通过 RandomAccessFile 打开文件，并获取 FileChannel 对象，然后调用 map() 方法将整个文件映射到内存中，获取到 MappedByteBuffer 实例对象。随后，通过 get() 方法从缓冲区中读取数据，并输出到控制台，最后释放内存映射资源。

总结

Java 中的内存映射技术可以有效提升文件 I/O 操作的性能，但是需要注意一些细节问题。比如，对同一个文件进行内存映射操作并不会产生副本，多个 MappedByteBuffer 对象操作同一区域的数据时需要注意并发访问控制。此外，在进行数据操作后需要调用 force() 方法写回磁盘并释放内存映射资源。

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