本文是 Doug Lea 的 “Scalable IO in Java” 读书笔记

前面介绍过Java Buffer使用的内存分堆内内存(Heap)和堆外内存(No Heap)，本文将介绍DirectBuffer的实现原理，以DirectByteBuffer为例¹。

Java 传统 IO 是面向流的，流的处理是单向「只能从输入流中读取数据，或是向输出流中写入数据」且阻塞的。通常都是从输入流中边读取数据边处理数据，这样 IO 处理效率就会很低，基于上述原因，JDK1.4 引入了 NIO，而 NIO 是面向 Buffer 的，在处理 IO 操作的时候，会一次性将 Channel 中的数据读取到 Buffer 中然后在做后续处理，向 Channel 中写入数据也是一样，也是需要一个 Buffer 做中转，然后将 Buffer 中的数据批量写入 Channel 中。通过增加Buffer支持了数据的灵活处理。

除此之外，Nio Buffer 还提供了堆外的直接内存和内存映射相关的访问方式，来避免内存之间的来回拷贝，所以即使在传统 IO 中用到了 BufferedInputStream 也还是没办法和 Nio Buffer 相匹敌。本文将结合源码介绍 ByteBuffer^[本文JDK源码基于Java8]。

先介绍下系统的IO原型架构。CPU 通过内存总线(memory bus)连接到系统内存。显卡或者其他高性能 I/O 设备通过常规的I/O 总线(I/O bus)连接到系统，在许多现代系统中会是 PCI 或它的衍生形式。最后，更下面是外围总线(peripheral bus)，比如 SCSI、SATA 或者 USB。它们将最慢的设备连接到系统，包括磁盘、鼠标及其他类似设备。

考虑物理布局及造价成本。越快的I/O 设备的总线越短，因此高性能的内存总线没有足够的空间连接太多设备。另外，在工程上高性能总线的造价非常高。所以，系统的设计采用了这种分层的方式，这样可以让要求高性能的设 备（比如显卡）离 CPU 更近一些，低性能的设备离 CPU 远一些。将磁盘和其他低速设备连到外围总线的好处很多，其中较为突出的好处就是你可以在外围总线上连接大量的设备。