BufferedInputStream

在传统的文件IO操作中，我们都是调用操作系统提供的底层标准IO系统调用函数 read()、write() ，此时调用此函数的进程（在JAVA中即java进程）由当前的用户态切换到内核态，然后OS的内核代码负责将相应的文件数据读取到内核的IO缓冲区，然后再把数据从内核IO缓冲区拷贝到进程的私有地址空间中去，这样便完成了一次IO操作。至于为什么要多此一举搞一个内核IO缓冲区把原本只需一次拷贝数据的事情搞成需要2次数据拷贝呢？ 这么做是为了减少磁盘的IO操作，为了提高性能而考虑的，因为我们的程序访问一般都带有局部性，也就是所谓的局部性原理，在这里主要是指的空间局部性，即我们访问了文件的某一段数据，那么接下去很可能还会访问接下去的一段数据，由于磁盘IO操作的速度比直接访问内存慢了好几个数量级，所以OS根据局部性原理会在一次 read()系统调用过程中预读更多的文件数据缓存在内核IO缓冲区中，当继续访问的文件数据在缓冲区中时便直接拷贝数据到进程私有空间，避免了再次的低效率磁盘IO操作。在JAVA中当我们采用IO包下的文件操作流，

如：    FileInputStream in = new FileInputStream("D:\\java.txt");  in.read();      

JAVA虚拟机内部便会调用OS底层的 read()系统调用完成操作，如上所述，在第二次调用 in.read()的时候可能就是从内核缓冲区直接返回数据了（可能还有经过 native堆做一次中转，因为这些函数都被声明为 native，即本地平台相关，所以可能在C代码中有做一次中转，通过 C代码从OS读取数据，然后再传给JVM内存）。既然如此，JAVA的IO包中为啥还要提供一个 BufferedInputStream 类来作为缓冲区呢。关键在于四个字，"系统调用"！当读取OS内核缓冲区数据的时候，便发起了一次系统调用操作（通过native的C函数调用），而系统调用的代价相对来说是比较高的，涉及到进程用户态和内核态的上下文切换等一系列操作，所以我们经常采用如下的包装：

FileInputStream in = new FileInputStream("D:\\java.txt");   

这样一来，我们每一次 buf_in.read() 时候，BufferedInputStream 会根据情况自动为我们预读更多的字节数据到它自己维护的一个内部字节数组缓冲区中，这样我们便可以减少系统调用次数，从而达到其缓冲区的目的。所以要明确的一点是 BufferedInputStream 的作用不是减少 磁盘IO操作次数（这个OS已经帮我们做了），而是通过减少系统调用次数来提高性能的。同理 BufferedOuputStream , BufferedReader/Writer 也是一样的。

DirectMemory

内存映射文件和之前说的 标准IO操作最大的不同之处就在于它虽然最终也是要从磁盘读取数据，但是它并不需要将数据读取到OS内核缓冲区，而是直接将进程的用户私有地址空间中的一部分区域与文件对象建立起映射关系，就好像直接从内存中读、写文件一样，速度当然快了。为了说清楚这个，我们以 Linux操作系统为例子，看下图：

Linux 2.X 中的进程虚拟存储器

此图为 Linux 2.X 中的进程虚拟存储器，即进程的虚拟地址空间，如果你的机子是 32 位，那么就有 2^32 = 4G的虚拟地址空间，我们可以看到图中有一块区域： “Memory mapped region for shared libraries” ，这段区域就是在内存映射文件的时候将某一段的虚拟地址和文件对象的某一部分建立起映射关系，此时并没有拷贝数据到内存中去，而是当进程代码第一次引用这段代码内的虚拟地址时，触发了缺页异常，这时候OS根据映射关系直接将文件的相关部分数据拷贝到进程的用户私有空间中去，当有操作第N页数据的时候重复这样的OS页面调度程序操作。注意啦，原来内存映射文件的效率比标准IO高的重要原因就是因为少了把数据拷贝到OS内核缓冲区这一步（可能还少了native堆中转这一步）。