一.NIO背景知识

一.虚拟内存

• MMU:它是中央处理器（CPU）中用来管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路，同时也负责虚拟地址映射为物理地址，以及提供硬件机制的内存访问授权，多用户多进程操作系统。

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• 操作系统为每个进程都分配了一个页表，CPU有一个专门的页表基地址寄存器(PTBR)指向当前页表的基地址，快速定位到该进程的页表。

  
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• 因为有页表的存在，所以没有必要把虚拟存储器（存在在磁盘上的）的所以页都缓存在内存当中，即便CPU访问该虚拟存储器的页不存在在内存当中，那么系统会通过查表，把需要的页从磁盘当中拷贝到内存当中，

• 页命中的情况：如果虚拟页已经缓存到了物理存储器，直接从物理存储器中直接读取数据就好了。
  缺页的情况:MMU发现某个CPU需要的虚拟页没有缓存到内存中，会选择已缓存到内存的一个牺牲页，把它拷贝会虚拟存储器的某个位置，再将命中的虚拟页缓存到内存当中。

• 虚拟内存：虚拟内存是一种逻辑上扩充物理内存的技术。基本思想是用软、硬件技术把内存与外存这两级存储器当做一级存储器来用。简单的说就是将硬盘的一部分作为内存来使用。

• 总结： CPU在寻址的时候，是按照虚拟地址来寻址，然后通过MMU(内存管理单元)将虚拟地址转换为物理地址。因为只有程序的一部分加入到内存中，所以会出现所寻找的地址不在内存中的情况（CPU产生缺页异常），如果在内存不足的情况下，就会通过页面调度算法来将内存中的页面置换出来，然后将在外存中的页面加入到内存中，使程序继续正常运行。

  
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参考：
虚拟地址与虚拟内存
妙趣横生的虚拟存储器

二.NIO内存映射文件

• 虚拟内存和内存映射文件都是加载一部分内容,另一部分放在磁盘上的一种机制;
  虚拟内存使用硬盘只能是页面文件，而内存映射使用的磁盘部分可以是任何磁盘文件
• 内存映射原理：简单来说:将要映射的文件生成虚拟地址，若虚拟地址通过页表查询，若成功则直接读取，若缺页，则直接从硬盘中加载数据到内存。

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• 内存映射为什么会比普通IO速度快
  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。

参考：java 深入理解内存映射文件原理

三.直接缓存区域非直接缓存区

• NIO是通过缓存区读取数据的，那什么是缓存区呢？

  • 直接缓存区:系统与应用程序均在系统物理内存中保存读取数据。不过对于直接字节缓存区可以通过FileChannel 的 map() 方法将物理内存数据映射到各自的缓存中并返回MappedByteBuffer进行读写操作

    
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  • 非直接缓存区:以读取系统数据为例,数据首先将数据存储于系统缓存（butter）中，而后将数据复制于JVM中，java应用程序读取数据JVM中保存的数据

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