Java IO學習筆記一：為什麼帶Buffer的比不帶Buffer的快

Grey Zeng發表於2021-06-10
Java筆記

作者：Grey

原文地址：Java IO學習筆記一：為什麼帶Buffer的比不帶Buffer的快

Java中為什麼BufferedReader，BufferedWriter要比FileReader 和 FileWriter高效？

問題來自於：https://www.zhihu.com/question/29351698

其中R大的一個回答：

image

現在我們可以通過實驗來說明這個問題：

環境：CentOS 7, jdk1.8

首先，寫一個不帶buffer的程式碼

static byte[] data = "123456789\n".getBytes();
static String path = "/data/io/out.txt";
public static void testBasicFileIO() throws Exception {
    File file = new File(path);
    FileOutputStream out = new FileOutputStream(file);
    while (true) {
        out.write(data);
    }
}

同時，我們寫一個帶buffer的程式碼

public static void testBufferedFileIO() throws Exception {
   File file = new File(path);
   BufferedOutputStream out = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(file));
   while (true) {
       out.write(data);
   }
}

通過main函式的args引數來控制執行哪個方法，完整程式碼為：

import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;

public class OSFileIO {

    static byte[] data = "123456789\n".getBytes();
    static String path = "/data/io/out.txt";

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        switch (args[0]) {
            case "0":
                testBasicFileIO();
                break;
            case "1":
                testBufferedFileIO();
                break;
            default:
                break;
        }
    }

    public static void testBasicFileIO() throws Exception {
        File file = new File(path);
        FileOutputStream out = new FileOutputStream(file);
        while (true) {
            out.write(data);
        }
    }

    public static void testBufferedFileIO() throws Exception {
        File file = new File(path);
        BufferedOutputStream out = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(file));
        while (true) {
            out.write(data);
        }
    }
}

在Linux（先安裝好jdk1.8）中，準備好目錄：

mkdir -p /data/io

安裝必要工具

yum install -y strace lsof  pmap tcpdump

將OSFileIO.java這個類上傳到/data/io目錄下，在/data/io目錄下，新建一個mysh.sh的指令碼,指令碼內容如下：

rm -rf *out*
/usr/local/jdk/bin/javac OSFileIO.java
strace -ff -o out /usr/local/jdk/bin/java OSFileIO $1

賦予mysh.sh執行許可權

chmod +x /data/io/mysh.sh

先監控帶buffer的writer和不帶buffer的writer的寫效率，

不帶buffer的writer效率，在控制檯執行：

./mysh.sh 0

開啟另外一個控制檯，進入/data/io目錄，監控生成out檔案大小的速度,不斷執行

ll -h

可以看到out.txt的增長速度

-rw-r--r--. 1 root root 2.1M Jun 10 19:50 out.txt

...

-rw-r--r--. 1 root root 5.3M Jun 10 19:51 out.txt

重新執行，使用帶buffer的writer

./mysh.sh 1

在另外一個控制檯，進入/data/io目錄，繼續監控out.txt的增長

cd /data/io
ll -h

可以看到out.txt的增長速度明顯更快

-rw-r--r--. 1 root root 290M Jun 10 19:54 out.txt

....

-rw-r--r--. 1 root root 768M Jun 10 19:54 out.txt

....

-rw-r--r--. 1 root root 1.4G Jun 10 19:55 out.txt

這個是表現，我們再觀察一下使用buffer和未使用buffer的writer在執行的時候，系統呼叫的次數。

重新執行

./mysh.sh 0

執行大約10秒後，停止執行

由於mysh.sh中使用了strace, 可以用於跟蹤和分析程式執行時中系統呼叫和耗時以及佔用cpu的比例

檢視生成的out檔案列表：

[root@io io]# ll
total 60708
-rwxr-xr-x. 1 root root      106 Jun 10 19:25 mysh.sh
-rw-r--r--. 1 root root     3981 Jun 10 20:08 OSFileIO.class
-rw-r--r--. 1 root root     4587 Jun 10 19:29 OSFileIO.java
-rw-r--r--. 1 root root     9379 Jun 10 20:10 out.6916
-rw-r--r--. 1 root root 50363725 Jun 10 20:10 out.6917
-rw-r--r--. 1 root root     1027 Jun 10 20:10 out.6918
-rw-r--r--. 1 root root      885 Jun 10 20:10 out.6919
-rw-r--r--. 1 root root      850 Jun 10 20:10 out.6920
-rw-r--r--. 1 root root      948 Jun 10 20:10 out.6921
-rw-r--r--. 1 root root      885 Jun 10 20:10 out.6922
-rw-r--r--. 1 root root      885 Jun 10 20:10 out.6923
-rw-r--r--. 1 root root      850 Jun 10 20:10 out.6924
-rw-r--r--. 1 root root     1134 Jun 10 20:10 out.6925
-rw-r--r--. 1 root root    26835 Jun 10 20:10 out.6926
-rw-r--r--. 1 root root     1343 Jun 10 20:10 out.6927
-rw-r--r--. 1 root root     1210 Jun 10 20:10 out.6928
-rw-r--r--. 1 root root     2324 Jun 10 20:10 out.6929
-rw-r--r--. 1 root root     9954 Jun 10 20:10 out.6930
-rw-r--r--. 1 root root     9792 Jun 10 20:10 out.6931
-rw-r--r--. 1 root root     9477 Jun 10 20:10 out.6932
-rw-r--r--. 1 root root     8295 Jun 10 20:10 out.6933
-rw-r--r--. 1 root root     1190 Jun 10 20:10 out.6934
-rw-r--r--. 1 root root   485668 Jun 10 20:10 out.6935
-rw-r--r--. 1 root root     2008 Jun 10 20:10 out.7023
-rw-r--r--. 1 root root 11152490 Jun 10 20:10 out.txt

可以看到

-rw-r--r--. 1 root root 50363725 Jun 10 20:10 out.6917

是主執行緒生成的系統呼叫，檢視這個檔案，可以看到，系統呼叫write的次數很多

write(4, "123456789\n", 10)             = 10
write(4, "123456789\n", 10)             = 10
write(4, "123456789\n", 10)             = 10
write(4, "123456789\n", 10)             = 10
write(4, "123456789\n", 10)             = 10
write(4, "123456789\n", 10)             = 10
write(4, "123456789\n", 10)             = 10
write(4, "123456789\n", 10)             = 10
write(4, "123456789\n", 10)             = 10
write(4, "123456789\n", 10)             = 10
write(4, "123456789\n", 10)             = 10
write(4, "123456789\n", 10)             = 10
write(4, "123456789\n", 10)             = 10
write(4, "123456789\n", 10)             = 10

切換成帶buffer的執行，大約執行10秒

./mysh.sh 1

同樣可以通過ll檢視

[root@io io]# ll
total 388808
-rwxr-xr-x. 1 root root       106 Jun 10 19:25 mysh.sh
-rw-r--r--. 1 root root      3981 Jun 10 20:17 OSFileIO.class
-rw-r--r--. 1 root root      4587 Jun 10 19:29 OSFileIO.java
-rw-r--r--. 1 root root      9526 Jun 10 20:18 out.7053
-rw-r--r--. 1 root root   3262847 Jun 10 20:18 out.7054
-rw-r--r--. 1 root root      1076 Jun 10 20:18 out.7055
-rw-r--r--. 1 root root       885 Jun 10 20:18 out.7056
-rw-r--r--. 1 root root       885 Jun 10 20:18 out.7057
-rw-r--r--. 1 root root       948 Jun 10 20:18 out.7058
-rw-r--r--. 1 root root       983 Jun 10 20:18 out.7059
-rw-r--r--. 1 root root       948 Jun 10 20:18 out.7060
-rw-r--r--. 1 root root       885 Jun 10 20:18 out.7061
-rw-r--r--. 1 root root      1099 Jun 10 20:18 out.7062
-rw-r--r--. 1 root root      3812 Jun 10 20:18 out.7063
-rw-r--r--. 1 root root      1259 Jun 10 20:18 out.7064
-rw-r--r--. 1 root root      1245 Jun 10 20:18 out.7065
-rw-r--r--. 1 root root      2337 Jun 10 20:18 out.7066
-rw-r--r--. 1 root root      6415 Jun 10 20:18 out.7067
-rw-r--r--. 1 root root      5486 Jun 10 20:18 out.7068
-rw-r--r--. 1 root root      6347 Jun 10 20:18 out.7069
-rw-r--r--. 1 root root      4972 Jun 10 20:18 out.7070
-rw-r--r--. 1 root root      1008 Jun 10 20:18 out.7071
-rw-r--r--. 1 root root     25438 Jun 10 20:18 out.7072
-rw-r--r--. 1 root root      2071 Jun 10 20:18 out.7073
-rw-r--r--. 1 root root 394725240 Jun 10 20:18 out.txt

其中

-rw-r--r--. 1 root root   3262847 Jun 10 20:18 out.7054

為主執行緒的系統呼叫，開啟這個檔案可以看到

write(4, "123456789\n123456789\n123456789\n12"..., 8190) = 8190
write(4, "123456789\n123456789\n123456789\n12"..., 8190) = 8190
write(4, "123456789\n123456789\n123456789\n12"..., 8190) = 8190
write(4, "123456789\n123456789\n123456789\n12"..., 8190) = 8190
write(4, "123456789\n123456789\n123456789\n12"..., 8190) = 8190
write(4, "123456789\n123456789\n123456789\n12"..., 8190) = 8190

不是每次寫都呼叫系統的write，而是湊齊8190後再呼叫一次系統的write，所以速度更快。

原始碼：Github

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