高效的RandomAccessFile
主体：
?
RandomAccessFile类。其I/O性能较之其它常用开发语言的同类性能差距甚远，严重影响程序的运行效率。
开发人员迫切需要提高效率，下面分析RandomAccessFile等文件类的源代码，找出其中的症结所在，并加以改进优化，创建一个"性/价比"俱佳的随机文件访问类BufferedRandomAccessFile。
?
在改进之前先做一个基本测试：逐字节COPY一个12兆的文件（这里牵涉到读和写）。
?
读写耗用时间（秒）RandomAccessFileRandomAccessFile95.848BufferedInputStream + DataInputStreamBufferedOutputStream + DataOutputStream2.935
?
我们可以看到两者差距约32倍，RandomAccessFile也太慢了。先看看两者关键部分的源代码，对比分析，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; }?
可见，RandomAccessFile每读/写一个字节就需对磁盘进行一次I/O操作。
?
1．2．[BufferedInputStream]
?
public class BufferedInputStream extends FilterInputStream {private static int defaultBufferSize = 2048; protected byte buf[]; // 建立读缓存区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; // 直接从BUF[]中读取} 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[]; // 建立写缓存区 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; // 直接从BUF[]中读取 } private void flushBuffer() throws IOException {if (count > 0) {out.write(buf, 0, count);count = 0;} }}?可见，Buffered I/O putStream每读/写一个字节，若要操作的数据在BUF中，就直接对内存的buf[]进行读/写操作；否则从磁盘相应位置填充buf[]，再直接对内存的buf[]进行读/写操作，绝大部分的读/写操作是对内存buf[]的操作。
?
1．3．小结
?
内存存取时间单位是纳秒级（10E-9），磁盘存取时间单位是毫秒级（10E-3），同样操作一次的开销，内存比磁盘快了百万倍。理论上可以预见，即使对内存操作上万次，花费的时间也远少对于磁盘一次I/O的开销。显然后者是通过增加位于内存的BUF存取，减少磁盘I/O的开销，提高存取效率的，当然这样也增加了BUF控制部分的开销。从实际应用来看，存取效率提高了32倍。
?
根据1.3得出的结论，现试着对RandomAccessFile类也加上缓冲读写机制。
?
随机访问类与顺序类不同，前者是通过实现DataInput/DataOutput接口创建的，而后者是扩展FilterInputStream/FilterOutputStream创建的，不能直接照搬。
?
2．1．开辟缓冲区BUF[默认：1024字节]，用作读/写的共用缓冲区。
?
2．2．先实现读缓冲。
?
读缓冲逻辑的基本原理：
A 欲读文件POS位置的一个字节。B 查BUF中是否存在？若有，直接从BUF中读取，并返回该字符BYTE。C 若没有，则BUF重新定位到该POS所在的位置并把该位置附近的BUFSIZE的字节的文件内容填充BUFFER，返回B。以下给出关键部分代码及其说明：
?
public class BufferedRandomAccessFile extends RandomAccessFile {// byte read(long pos)：读取当前文件POS位置所在的字节// bufstartpos、bufendpos代表BUF映射在当前文件的首/尾偏移地址。// curpos指当前类文件指针的偏移地址。 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为真，把buf[]中尚未写入磁盘的数据，写入磁盘。 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)：移动文件指针到pos位置，并把buf[]映射填充至POS所在的文件块。 public void seek(long pos) throws IOException { if ((pos < this.bufstartpos) || (pos > this.bufendpos)) { // seek pos not in buf this.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 pos this.bufstartpos = pos; this.bufusedsize = 0; } this.bufendpos = this.bufstartpos + this.bufsize - 1; } this.curpos = pos; }// int fillbuf()：根据bufstartpos，填充buf[]。 private int fillbuf() throws IOException { super.seek(this.bufstartpos); this.bufdirty = false; return super.read(this.buf); }}?至此缓冲读基本实现，逐字节COPY一个12兆的文件（这里牵涉到读和写，用BufferedRandomAccessFile试一下读的速度）：
?
读写耗用时间（秒）RandomAccessFileRandomAccessFile95.848BufferedRandomAccessFileBufferedOutputStream +DataOutputStream2.813BufferedInputStream +DataInputStreamBufferedOutputStream +DataOutputStream2.935?
可见速度显著提高，与BufferedInputStream+DataInputStream不相上下。
?
2．3．实现写缓冲。
?
写缓冲逻辑的基本原理：
A欲写文件POS位置的一个字节。B 查BUF中是否有该映射？若有，直接向BUF中写入，并返回true。C若没有，则BUF重新定位到该POS所在的位置，并把该位置附近的BUFSIZE字节的文件内容填充BUFFER，返回B。下面给出关键部分代码及其说明：
?
// boolean write(byte bw, long pos)：向当前文件POS位置写入字节BW。// 根据POS的不同及BUF的位置：存在修改、追加、BUF中、BUF外等情况。在逻辑判断时，把最可能出现的情况，最先判断，这样可提高速度。// fileendpos：指示当前文件的尾偏移地址，主要考虑到追加因素 public boolean write(byte bw, long pos) throws IOException { if ((pos >= this.bufstartpos) && (pos <= this.bufendpos)) { // write pos in buf this.buf[(int)(pos - this.bufstartpos)] = bw; this.bufdirty = true; if (pos == this.fileendpos + 1) { // write pos is append pos this.fileendpos++; this.bufusedsize++; } } else { // write pos not in buf this.seek(pos); if ((pos >= 0) && (pos <= this.fileendpos) && (this.fileendpos != 0)) { // write pos is modify file this.buf[(int)(pos - this.bufstartpos)] = bw; } else if (((pos == 0) && (this.fileendpos == 0)) || (pos == this.fileendpos + 1)) { // write pos is append pos this.buf[0] = bw; this.fileendpos++; this.bufusedsize = 1; } else { throw new IndexOutOfBoundsException(); } this.bufdirty = true; } this.curpos = pos; return true; }?至此缓冲写基本实现，逐字节COPY一个12兆的文件，（这里牵涉到读和写，结合缓冲读，用BufferedRandomAccessFile试一下读/写的速度）：
?
读写耗用时间（秒）RandomAccessFileRandomAccessFile95.848BufferedInputStream +DataInputStreamBufferedOutputStream +DataOutputStream2.935BufferedRandomAccessFileBufferedOutputStream +DataOutputStream2.813BufferedRandomAccessFileBufferedRandomAccessFile2.453?
可见综合读/写速度已超越BufferedInput/OutputStream+DataInput/OutputStream。