jvm hotspot 源码分析 RandomAccessfile vs FileChannel 写文件

RandomAccessFile 和 FileChannel 是常用的写文件的方式，而一般都会推荐使用FileChannelImpl ，同事做了个测试，却发现FileChannelImpl写文件的性能比RandomAccessFile差。

调用接口：

RandomAccessFile.write(byte[] bytes)

FileChannel.write(ByteBuffer src)

FileChannel 

实现类FileChannelImpl.write(ByteBuffer src), 调用了IOUtil.write 方法

static int write(FileDescriptor fd, ByteBuffer src, long position,                     NativeDispatcher nd, Object lock)        throws IOException    {        if (src instanceof DirectBuffer)            return writeFromNativeBuffer(fd, src, position, nd, lock);        // Substitute a native buffer        int pos = src.position();        int lim = src.limit();        assert (pos <= lim);        int rem = (pos <= lim ? lim - pos : 0);        ByteBuffer bb = null;        try {            bb = Util.getTemporaryDirectBuffer(rem);            bb.put(src);            bb.flip();            // Do not update src until we see how many bytes were written            src.position(pos);            int n = writeFromNativeBuffer(fd, bb, position, nd, lock);            if (n > 0) {                // now update src                src.position(pos + n);            }            return n;        } finally {            Util.offerFirstTemporaryDirectBuffer(bb);        }    }

如果ByteBuffer 是directByteBuffer,直接调用函数writeFromNativeBuffer复制

如果不是DirectByteBuffer,会从DirectByteBuffer 池中取一个DirectByteBuffer, 将ByteBuffer中的byte[]数组复制到DirectByteBuffer中，为了避免allocate 内存的开销，对同一个线程会有DirectByteBuffer池的缓存，指定不同的大小，getTemporaryDirectBuffer方法就是从池里找到一个比自己大的DirectByteBuffer。

DirectByteBuffer 和 HeapByteBuffer的区别

在java中关于DirectByteBuffer 和传统的HeapByteBuffer 的区别是，DirectByteBuffer 是一块真实的内存块，里面存放的是byte数组的内容，而HeapByteBuffer里面只是数组的引用。这样就可以理解DirectByteBuffer 只要2个重要元素就够了，一个是内存的起始地址，一个是内存块的长度。一旦要和内核或者别的语言操作的时候，DirectByteBuffer是最好的选择，没有byte[] 或者java的object的结构，只要通过访问地址和长度，就能访问到数据本身，而在sun的unsafe.java里就提供了大量的直接访问内存的函数。

方法writeFromNativeBuffer 最后通过调用FileDispatcher.c linux中调用的就是c 函数pwrite64写文件

RandomAccessFile 

在RandomAccessFile.write 中，直接调用的就是native方法，也就是io_util.c中writeBytes 方法

voidwriteBytes(JNIEnv *env, jobject this, jbyteArray bytes,  jint off, jint len, jfieldID fid){    int n, datalen;    char stackBuf[BUF_SIZE];    char *buf = 0;    FD fd;    if (IS_NULL(bytes)) {JNU_ThrowNullPointerException(env, 0);return;    }    datalen = (*env)->GetArrayLength(env, bytes);    if ((off < 0) || (off > datalen) ||        (len < 0) || ((off + len) > datalen) || ((INT_MAX - off) < len)) {        JNU_ThrowByName(env, "java/lang/IndexOutOfBoundsException", 0);return;    }    if (len == 0) {        return;    } else if (len > BUF_SIZE) {        buf = malloc(len);if (buf == 0) {    JNU_ThrowOutOfMemoryError(env, 0);    return;}    } else {        buf = stackBuf;    }    fd = GET_FD(this, fid);    (*env)->GetByteArrayRegion(env, bytes, off, len, (jbyte *)buf);    if (!(*env)->ExceptionOccurred(env)) {        off = 0;while (len > 0) {    n = IO_Write(fd, buf+off, len);    if (n == JVM_IO_ERR) {        JNU_ThrowIOExceptionWithLastError(env, "Write error");break;    } else if (n == JVM_IO_INTR) {        JNU_ThrowByName(env, "java/io/InterruptedIOException", 0);break;    }    off += n;    len -= n;}    }    if (buf != stackBuf) {        free(buf);    }}

通过上面的程序，我们可以看到函数会在初始话一个BUF_SIZE=8k的char数组，如果copy的内容太大，会通过调用malloc直接申请一块内存块。调用GetByteArrayRegion将byte数组的内容复制到申请的内存块或者数组中，而通过调用IO_Write(fd, buf+off, len) 将内存块调用函数write写入文件。

区别：

第一： 两个函数的参数是不一样的，一个是byte数组，一个是bytebuffer, 对filechannel来说，如果传进去是directbuffer,不涉及到内存的复制，那么性能是最好的。

第二： 复制byte数组到内存中，GetByteArrayRegion 用的是memcpy 而 filechannel AMD64用的是memmove ,对别的cpu直接使用汇编, 而memcpy的性能比memove高。

强制sync

在linux中,write 函数只能保证把内存复制到page cache中，需要调用fdatasync,fsync 来强制提交到磁盘中去，一般在db, hadoop, kv 中比较重要的事务日志文件都需要强制sync 保证数据真的在磁盘中。

也就是函数 filechannel.force 和 RandomAccessFile.getFD().sync(); 但这2个函数是性能比较差的。

如何提高sync的性能

1.  用direct_io 去open file

2.  调用 sync_file_range，去跟新部分内容，而不是sync整个文件

long sync_file_range(int fd, loff_t offset, loff_t nbytes, int flags);

 

但这2中方式在java里都没有支持，也是java以后可以提高的地方。