编辑“︁Java内存映射文件（Memory-Mapped Files）”︁（章节）

= Java内存映射文件（Memory-Mapped Files） =

'''Java内存映射文件'''（Memory-Mapped Files）是Java NIO（New I/O）提供的一种高效文件操作机制，允许程序将文件的一部分或全部直接映射到内存中，从而绕过传统的流式I/O操作。这种方式特别适用于大文件处理，能显著提升性能。

== 概述 ==
内存映射文件通过操作系统的虚拟内存机制实现，文件内容被映射到进程的地址空间，使得读写文件就像操作内存一样简单。Java通过{{code|java.nio}}包中的{{code|FileChannel}}和{{code|MappedByteBuffer}}类实现这一功能。

主要优点包括：
* '''高性能'''：减少系统调用和缓冲区拷贝。
* '''简化代码'''：直接通过指针操作文件。
* '''共享内存'''：多个进程可映射同一文件实现通信。

== 核心类与方法 ==
关键类与方法如下：
* {{code|FileChannel}}：提供文件通道功能。
* {{code|map()}}：将文件区域映射到内存，返回{{code|MappedByteBuffer}}。
* {{code|MappedByteBuffer}}：表示内存映射区域的缓冲区。

== 代码示例 ==
以下示例展示如何创建和操作内存映射文件：

<syntaxhighlight lang="java">
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class MemoryMappedFileExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建或打开文件
        RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("example.dat", "rw");
        FileChannel channel = file.getChannel();

        // 将文件映射到内存（映射前10字节）
        MappedByteBuffer buffer = channel.map(
            FileChannel.MapMode.READ_WRITE, // 读写模式
            0,                             // 起始位置
            10                             // 映射大小
        );

        // 写入数据
        buffer.put("Hello".getBytes());

        // 读取数据
        buffer.flip();
        byte[] data = new byte[buffer.limit()];
        buffer.get(data);
        System.out.println(new String(data)); // 输出: Hello

        channel.close();
        file.close();
    }
}
</syntaxhighlight>

'''输出：'''
<pre>
Hello
</pre>

== 模式说明 ==
{{code|FileChannel.MapMode}}提供三种映射模式：
* {{code|READ_ONLY}}：只读。
* {{code|READ_WRITE}}：可读写。
* {{code|PRIVATE}}：私有副本（写时不影响原文件）。

== 实际应用场景 ==
=== 大文件处理 ===
处理GB级日志文件时，内存映射可避免加载整个文件：
<syntaxhighlight lang="java">
MappedByteBuffer buffer = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, channel.size());
while (buffer.hasRemaining()) {
    byte b = buffer.get();
    // 处理每个字节
}
</syntaxhighlight>

=== 进程间通信 ===
通过映射同一文件实现进程间数据共享：
<mermaid>
sequenceDiagram
    Process A->>File: 写入数据
    File->>Process B: 读取数据
</mermaid>

== 性能对比 ==
与传统I/O相比，内存映射文件在连续读写大文件时性能更优：
<math>
\text{吞吐量} = \frac{\text{数据量}}{\text{传统I/O时间}} < \frac{\text{数据量}}{\text{内存映射时间}}
</math>

== 注意事项 ==
* '''文件大小限制'''：受地址空间限制（32位系统约2-4GB）。
* '''同步问题'''：修改需调用{{code|force()}}同步到磁盘。
* '''资源释放'''：{{code|MappedByteBuffer}}由GC管理，可能导致延迟释放。

== 进阶技巧 ==
=== 直接操作内存 ===
通过{{code|sun.misc.Unsafe}}可直接操作映射内存（需谨慎）：
<syntaxhighlight lang="java">
long address = ((DirectBuffer) buffer).address();
Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
unsafe.putByte(address, (byte) 'X');
</syntaxhighlight>

=== 多区域映射 ===
分段映射超大文件：
<syntaxhighlight lang="java">
long chunkSize = 1_000_000_000; // 1GB
for (long offset = 0; offset < fileSize; offset += chunkSize) {
    long size = Math.min(chunkSize, fileSize - offset);
    MappedByteBuffer chunk = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, offset, size);
    // 处理每个分块
}
</syntaxhighlight>

== 总结 ==
Java内存映射文件是处理大文件或高性能I/O场景的强大工具，结合{{code|FileChannel}}和{{code|MappedByteBuffer}}可显著提升效率。使用时需注意资源管理和同步问题，适合日志处理、数据库等场景。

[[Category:编程语言]]
[[Category:Java]]
[[Category:Java Nio]]