BufferedInput/OutputStream 缓冲流性能测试 [Java]

首先，一次 IO 的代价是很高的，所以减少 IO 次数将会极大提升性能。提高文件读写性能，是每一位开发者都要考虑的，也是本文的核心目的，如果已经对 Java 中的 IO 流比较熟悉，可以直接拖到最后看结论。

基本概念

IO 流用来处理设备之间的数据传输，Java 对数据的操作是通过流的方式，用于操作流的类都在 IO 包内，按流向分为输入流，输出流；按流操作分为字节流，字符流，其中字节流可以操作任何数据，因为在计算机中任何数据都是以字节的形式存储，字符流只能操作纯字符数据，比较方便。字节流的抽象父类：InputStream，OutputStream；字符流的抽象父类：Reader，Writer。

基本实现

由于已知减少 IO 次数可以大幅提升性能，如果我们想进行文件拷贝，最快速的方法是把文件全部读取到内存再全部写出到目标地址，如

FileInputStream fis = new FileInputStream("source.rar");
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("copy.rar");
byte[] arr = new byte[fis.available()];        //获得文件大小做为字节数组
fis.read(arr);                                 //将文件上的所有字节读取到数组
fos.write(arr);                                //将数组中的所有字节一次写到文件上
fis.close();
fos.close();

因为这样就完成了最少的磁盘访问次数，所以 IO 性能很高，但是如果文件过大，就非常容易造成内存溢出。因此我们改进后的代码：

FileInputStream fis = new FileInputStream("source.rar");
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("copy.rar");
int len;
byte[] arr = new byte[1024 * 8];               //自定义字节数组
while((len = fis.read(arr)) != -1) {
    fos.write(arr, 0, len);                    //写出字节数组的有效字节个数
}
fis.close();
fos.close();

Java 早已考虑到了 IO 性能问题，为了方便开发者，在 JDK1.0 IO 包下就有 BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream 分别是 FilterInputStream 类和 FilterOutputStream 类的子类，实现了装饰设计模式。该流使用缓冲思想，内置一个缓冲区(数组)，BufferedInputStream 会一次从文件中读取 8192 个字节(默认构造)，存在缓冲区中，程序再次读取时直接从缓存区获取，避免访问磁盘；BufferedOutputStream 向流中写出文件也是先写到缓冲区中，直到缓冲区写满才一次性写到文件里。

FileInputStream fis = new FileInputStream("source.rar");    //创建文件输入流对象,关联source.rar
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);     //创建缓冲区对fis装饰
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("copy.rar");    //创建输出流对象,关联copy.rar
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fos);   //创建缓冲区对fos装饰
int b;
while((b = bis.read()) != -1) {        
    bos.write(b);
}
bis.close();                                                //关流只关装饰后的对象即可
bos.close();

测试

设备 Samsung Galaxy J Android4.4 内部存储空间不同测试参数均取十次数据计算平均值
source.rar 约50mb 进行单次文件拷贝
BufferedInputStream 缩写 bis BufferedOutputStream 缩写 bos
FileInputStream 缩写 fis FileOutputStream 缩写 fos

方式一：

while((b = bis.read()) != -1) {    
    bos.write(b);
}

用时 32760ms-38593ms 平均 35628ms
拷贝一个50mb的文件大约用了35秒！

方式二：

byte[] arr = new byte[1024 * 8];            
while((len = fis.read(arr)) != -1) {
    fos.write(arr, 0, len);                    
}

用时 622ms-661ms 平均 641.5ms
没有使用缓冲流，自定义缓冲数组的方式，时间控制在一秒以内，比较正常。

方式三：

byte[] arr = new byte[1024 * 8];        
while((len = bis.read(arr)) != -1) {
    fos.write(arr, 0, len);                    
}

用时 614ms-687ms 平均 651.9md
查看 bis.read(arr) 的源码，可以看出还是调用了 fis 的 read(b, off, len) 方法。和预期一致：性能几乎等同方式二，但是多创建了很多对象，造成了不必要的浪费。

方式四：

while((b = fis.read()) != -1) {        
    bos.write(b);
}

用时 1087411ms 约18分钟
如果每个字节都进行 IO 操作，不增加缓冲数组，导致的性能下降是非常严重的。

结论：不难发现，以上四种方式中，第二种方式可以提供我们更好的性能，使用缓冲流在方式三中并没有提高效率，反而在方式一中会大大降低效率。我的个人观点是大多数情况下使用 java.io 都不需要用到 Buffered 类，我们可以先搞清楚 Buffered 类的原理，Buffered 的原理就是减少 IO，而我们可以通过简单的方式实现。Buffered 类会操作两个数组(输入流管理一个，输出流管理一个)，而我们自定义的数组只需要一个，节省了内存又提高了性能。

注意

read() 方法读取的是一个字节,为什么返回是 int ,而不是 byte
因为字节输入流可以操作任意类型的文件,比如图片音频等,这些文件底层都是以二进制形式的存储的,如果每次读取都返回byte,有可能在读到中间的时候遇到 111111111 那么这 11111111 是 byte 类型的 -1,我们的程序是遇到 -1就会停止不读了,后面的数据就读不到了,所以在读取的时候用 int 类型接收,如果 11111111 会在其前面补上 24 个 0 凑足 4 个字节,那么 byte 类型的 -1 就变成 int 类型的 255 了这样可以保证整个数据读完,而结束标记的 -1 就是int类型
bis.read() 返回的是下一个字节 (the next byte of data) ，而 bis.read(b) 返回的是读取的长度 (the buffer into which the data is read)，如果还没读到文件结尾，该长度就是数组长度
fos.write(arr, 0, len); 不能替换为 fos.write(arr); 因为在最后一次 fis.read 读取时 len 不等于自定义字节数组的长度，就会导致文件末尾写入的数据错误，甚至文件损毁
如果输入的缓冲区和输出的缓冲区不是同一个数组，那也最好保证设置数组长度一致，否则会影响性能。请开发者减少不必要的缓冲流滥用。
byte[] arr = new byte[1024 * 8]; 自定义缓冲数组的大小，可以根据实际情况(大量碎片文件还是大文件传输等)调整，通常为1024 * 2的n次幂

BufferedInput/OutputStream 缓冲流性能测试 [Java]

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基本概念

基本实现

测试

注意