前言

RMQ中為了實現高效能在IO上做了很多優化，在阿里中介軟體效能挑戰賽也可以看到很多大神們在IO上花了很多功夫去分析優化，這篇主要來解析一下BufferedInputStream的實現原理，看看它在IO上做了哪些優化。

誤區

看到很多文章是這麼描述BufferedInputStream效能高的原因：BufferedInputStream 將資料先儲存在了快取區，從而減少磁碟IO操作次數，提高IO效率。這麼說我覺得不夠嚴謹。

第一點，的確BufferedInputStream 是將資料儲存了快取區，但是減少磁碟IO並不是BufferedInputStream來做的

那麼BufferedInputStream相比於FileInputStream優化了那塊效能呢？答案是系統呼叫。

系統呼叫

那麼這裡就來解釋什麼是系統呼叫了。我覺得在這裡你可以認為是一次使用者態和核心態的切換，以及CPU的一次參與。

看讀取一個檔案實際的過程如下：

1、系統呼叫 read() 產生一個上下文切換：從 user mode 切換到 kernel mode，然後 DMA 執行拷貝，把檔案資料從硬碟讀到一個 kernel buffer 裡

。

2、資料從 kernel buffer 拷貝到 user buffer，然後系統呼叫 read() 返回，這時又產生一個上下文切換：從kernel mode 切換到 user mode。

用一個例子來理解一下FileInputStream：

1.假設我要從一個檔案中讀取4個位元組的內容，user mode 切換到 kernel mode，系統根據區域性性原理，通過 DMA 會讀入12個位元組到 kernel buffer 中。這裡涉及到一次上下文切換，以及一次資料的拷貝（DMA執行，CPU參與不大）。

2.然後再將 kernel buffer 中的4個位元組的資料拷貝到 user buffer 中，kernel mode 切換到 user mode 。注意這個時候 kernel buffer 還保留了 8 個位元組的資料。這裡涉及到一次上下文切換，以及一次資料的拷貝（CPU執行）。

3.下次 user mode 中想再讀取4個位元組，那麼就不需要等待DMA的拷貝，而是直接從 kernel buffer 中將剩下的位元組拷貝到user buffer中。IO效率的確提高了，但是這部分的優化是OS來做的。

但是BufferedInputStream 認為還有優化的空間在，它認為 user mode 想再讀取位元組的時候（上述的3），把資料從 kernel buffer 拷貝到 user buffer中，這個過程也涉及到了一次上下文切換，而且需要CPU來進行拷貝。可不可以在 kernel buffer 把資料拷貝到 user buffer 的時候，多拷貝一點到 user buffer 中呢？

同樣的例子看看BufferedInputStream 讀取的過程：

1.和FileInputStream一樣。
2.雖然我需要讀4個位元組，但是我會將 kernel buffer 中拷貝8個位元組到 user buffer 中。 kernel buffer這個時候還剩下4個位元組， user buffer有8個位元組，其中4個位元組user mode還沒使用過。

上面兩步和FileInputStream唯一區別就是多拷貝了點資料到user buffer 中。

3.當我想再次讀取4個位元組的時候，因為資料已經在user buffer中了，我不需要上下文切換，而且可以讓CPU執行更重要的事情了。

現在可以清楚了BufferedInputStream 為什麼可以更快了把，下面用原始碼來證明上述的說法。

原始碼分析

看一下BufferedInputStream 的read方法：

public synchronized int read() throws IOException {
    if (pos >= count) {
        fill();
        if (pos >= count)
            return -1;
    }
    return getBufIfOpen()[pos++] & 0xff;
}

private byte[] getBufIfOpen() throws IOException {
    byte[] buffer = buf;
    if (buffer == null)
        throw new IOException("Stream closed");
    return buffer;
}

可以看到返回的資料的時候，是從一個數組返回的！！這個陣列就是為了多保留預讀進來的資料。當程式讀取一個或多個位元組時，可直接從byte陣列中獲取，當記憶體中的byte讀取完後，會再次用底層輸入流填充緩衝區陣列。