随机访问文件RandomAccessFile 与 内存映射文件MappedByteBuffer

一.RandomAccessFile

       RandomAccessFile是用来访问那些保存数据记录的文件的，你就可以用seek( )方法来访问记录，并进行读写了。这些记录的大小不必相同；但是其大小和位置必须是可知的。但是该类仅限于操作文件。

        RandomAccessFile不属于InputStream和OutputStream类系的。实际上，除了实现DataInput和DataOutput接口之外(DataInputStream和DataOutputStream也实现了这两个接口)，它和这两个类系毫不相干，甚至不使用InputStream和OutputStream类中已经存在的任何功能；它是一个完全独立的类，所有方法(绝大多数都只属于它自己)都是从零开始写的。这可能是因为RandomAccessFile能在文件里面前后移动，所以它的行为与其它的I/O类有些根本性的不同。总而言之，它是一个直接继承Object的，独立的类。

     基本上，RandomAccessFile的工作方式是，把DataInputStream和DataOutputStream结合起来，再加上它自己的一些方法，比如定位用的getFilePointer( )，在文件里移动用的seek( )，以及判断文件大小的length( )、skipBytes()跳过多少字节数。此外，它的构造函数还要一个表示以只读方式("r")，还是以读写方式("rw")打开文件的参数 (和C的fopen( )一模一样)。它不支持只写文件。

     只有RandomAccessFile才有seek搜寻方法，而这个方法也只适用于文件。BufferedInputStream有一个mark( )方法，你可以用它来设定标记(把结果保存在一个内部变量里)，然后再调用reset( )返回这个位置，但是它的功能太弱了，而且也不怎么实用。

RandomAccessFile的绝大多数功能，但不是全部，已经被JDK 1.4的nio的"内存映射文件(memory-mapped files)"给取代了，你该考虑一下是不是用"内存映射文件"来代替RandomAccessFile了。

Java代码 

package jTest;import java.io.IOException;import java.io.RandomAccessFile;/** * @author root * RandomAccessFile是用来访问那些保存数据记录的文件的，你就可以用seek( )方法来访问记录， * 并进行读写了。这些记录的大小不必相同；但是其大小和位置必须是可知的。但是该类仅限于操作文件。 */public class RandomAccessFileTest { public static void main(String[] args) throws IOException {RandomAccessFile rf = new RandomAccessFile("rtest.dat", "rw");for (int i = 0; i < 10; i++) {// 写入基本类型double数据rf.writeDouble(i * 1.414);}rf.close();rf = new RandomAccessFile("rtest.dat", "rw");// 直接将文件指针移到第5个double数据后面rf.seek(5);// 覆盖第6个double数据rf.writeDouble(47.0001);rf.close();rf = new RandomAccessFile("rtest.dat", "r");for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println("Value " + i + ": " + rf.readDouble());}rf.close();}}

RandomAccessFile类的应用   实现文件的复制操作

package jTest;import java.io.*;/** * @author root * @实现文件复制操作 */public class RandomAccessFileTest2 {public static void main(String[] args) throws Exception {RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("file", "rw");// 以下向file文件中写数据file.writeInt(20);// 占4个字节file.writeDouble(8.236598);// 占8个字节file.writeUTF("这是一个UTF字符串");// 这个长度写在当前文件指针的前两个字节处，可用readShort()读取file.writeBoolean(true);// 占1个字节file.writeShort(395);// 占2个字节file.writeLong(2325451l);// 占8个字节file.writeUTF("又是一个UTF字符串");file.writeFloat(35.5f);// 占4个字节file.writeChar('a');// 占2个字节file.seek(0);// 把文件指针位置设置到文件起始处// 以下从file文件中读数据，要注意文件指针的位置System.out.println("——————从file文件指定位置读数据——————");System.out.println(file.readInt());System.out.println(file.readDouble());System.out.println(file.readUTF());file.skipBytes(3);// 将文件指针跳过3个字节，本例中即跳过了一个boolean值和short值。System.out.println(file.readLong());file.skipBytes(file.readShort()); // 跳过文件中“又是一个UTF字符串”所占字节，注意readShort()方法会移动文件指针，所以不用加2。System.out.println(file.readFloat());// 以下演示文件复制操作System.out.println("——————文件复制（从file到fileCopy）——————");file.seek(0);RandomAccessFile fileCopy = new RandomAccessFile("fileCopy","rw");int len = (int)file.length(); // 取得文件长度（字节数）byte[] b = new byte[len];file.readFully(b);fileCopy.write(b);System.out.println("复制完成！");}}

 
二 .内存映射文件   MappedByteBuffer

        内存映射文件能让你创建和修改那些因为太大而无法放入内存的文件。有了内存映射文件，你就可以认为文件已经全部读进了内存，然后把它当成一个非常大的数组来访问。这种解决办法能大大简化修改文件的代码。
fileChannel.map(FileChannel.MapMode mode, long position, long size)将此通道的文件区域直接映射到内存中。注意，你必须指明，它是从文件的哪个位置开始映射的，映射的范围又有多大；也就是说，它还可以映射一个大文件的某个小片断。

       MappedByteBuffer是ByteBuffer的子类，因此它具备了ByteBuffer的所有方法，但新添了force()将缓冲区的内容强制刷新到存储设备中去、load()将存储设备中的数据加载到内存中、isLoaded()位置内存中的数据是否与存储设置上同步。这里只简单地演示了一下put()和get()方法，除此之外，你还可以使用asCharBuffer( )之类的方法得到相应基本类型数据的缓冲视图后，可以方便的读写基本类型数据。

import java.io.RandomAccessFile;import java.nio.MappedByteBuffer;import java.nio.channels.FileChannel;public class LargeMappedFiles {static int length = 0x8000000; // 128 Mbpublic static void main(String[] args) throws Exception {// 为了以可读可写的方式打开文件，这里使用RandomAccessFile来创建文件。FileChannel fc = new RandomAccessFile("test.dat", "rw").getChannel();//注意，文件通道的可读可写要建立在文件流本身可读写的基础之上MappedByteBuffer out = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, length);//写128M的内容for (int i = 0; i < length; i++) {out.put((byte) 'x');}System.out.println("Finished writing");//读取文件中间6个字节内容for (int i = length / 2; i < length / 2 + 6; i++) {System.out.print((char) out.get(i));}fc.close();}}

       尽管映射写似乎要用到FileOutputStream，但是映射文件中的所有输出 必须使用RandomAccessFile，但如果只需要读时可以使用FileInputStream，写映射文件时一定要使用随机访问文件，可能写时要读的原因吧。

        该程序创建了一个128Mb的文件，如果一次性读到内存可能导致内存溢出，但这里访问好像只是一瞬间的事，这是因为，真正调入内存的只是其中的一小部分，其余部分则被放在交换文件上。这样你就可以很方便地修改超大型的文件了(最大可以到2 GB)。注意，Java是调用操作系统的"文件映射机制"来提升性能的。

   其实掌握MappedByteBuffer并不难，只要记住“三方三法三特性”（转自http://blog.csdn.net/mgoann/article/details/3345850）这句话就可以轻松搞定！MappedByteBuffer 只是一种特殊的 ByteBuffer ，即是ByteBuffer的子类。 MappedByteBuffer 将文件直接映射到内存（这里的内存指的是虚拟内存，并不是物理内存，后面说证明这一点）。通常，可以映射整个文件，如果文件比较大的话可以分段进行映射，只要指定文件的那个部分就可以。而且，与ByteBuffer十分类似，没有构造函数（你不可new MappedByteBuffer（）来构造一个MappedByteBuffer），我们可以通过 java.nio.channels.FileChannel 的 map() 方法来获取 MappedByteBuffer 。其实说的通俗一点就是Map把文件的内容被映像到计算机虚拟内存的一块区域，这样就可以直接操作内存当中的数据而无需操作的时候每次都通过I/O去物理硬盘读取文件，所以效率上有很大的提升！

三种方式：

              FileChannel提供了map方法来把文件影射为内存映像文件： MappedByteBuffer map(int mode,long position,long size); 可以把文件的从position开始的size大小的区域映射为内存映像文件，mode指出了 可访问该内存映像文件的方式：READ_ONLY,READ_WRITE,PRIVATE.                     

a. READ_ONLY,（只读）： 试图修改得到的缓冲区将导致抛出ReadOnlyBufferException.(MapMode.READ_ONLY)

       b. READ_WRITE（读/写）： 对得到的缓冲区的更改最终将传播到文件；该更改对映射到同一文件的其他程序不一定是可见的。 (MapMode.READ_WRITE)

        c. PRIVATE（专用）： 对得到的缓冲区的更改不会传播到文件，并且该更改对映射到同一文件的其他程序也不是可见的；相反，会创建缓冲区已修改部分的专用副本。 (MapMode.PRIVATE)

 

三个方法：

a. fore();缓冲区是READ_WRITE模式下，此方法对缓冲区内容的修改强行写入文件

b. load()将缓冲区的内容载入内存，并返回该缓冲区的引用

c. isLoaded()如果缓冲区的内容在物理内存中，则返回真，否则返回假

三个特性：

调用信道的map()方法后，即可将文件的某一部分或全部映射到内存中，映射内存缓冲区是个直接缓冲区，继承自ByteBuffer,但相对于ByteBuffer,它有更多的优点：

a. 读取快

b. 写入快

c. 随时随地写入

package jTest;import java.io.File;import java.io.FileInputStream;import java.io.FileOutputStream;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.CharBuffer;import java.nio.MappedByteBuffer;import java.nio.channels.FileChannel;import java.nio.charset.Charset;import java.nio.charset.CharsetDecoder;public class MapMemoryBuff {public static void main(String[] args) throws Exception {ByteBuffer byteBuf = ByteBuffer.allocate(1024 * 14 * 1024);byte[] bbb = new byte[14 * 1024 * 1024];File f = new File("test");FileInputStream fis = new FileInputStream("test");FileOutputStream fos = new FileOutputStream("outFile.txt");FileChannel fc = fis.getChannel();long timeStar = System.currentTimeMillis();// 得到当前的时间//fc.read(byteBuf);// 1 读取MappedByteBuffer mbb = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0,f.length());long timeEnd = System.currentTimeMillis();// 得到当前的时间System.out.println("Read time :" + (timeEnd - timeStar) + "ms");timeStar = System.currentTimeMillis();//fos.write(bbb);// 2 写入mbb.flip();timeEnd = System.currentTimeMillis();System.out.println("Write time :" + (timeEnd - timeStar) + "ms");fos.flush();fc.close();fis.close();}}

输出结果：

Read time :28ms
Write time :56ms

把上面的程序的1换成MappedByteBuffer mbb = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, 文件长度);

2换成mbb.flip();

输出结果：

Read time :2ms
Write time :0ms

可见普通I/O和MappedByteBuffer是没法比的。另外在写入的时候花了0ms说明Map写入机制是根据你的更改量来决定，就是只保存修改部分的！