本篇內容主要講解“Java壓縮20M文件從30秒到1秒的優(yōu)化過程是什么”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實用性強。下面就讓小編來帶大家學習“Java壓縮20M文件從30秒到1秒的優(yōu)化過程是什么”吧!

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有一個需求需要將前端傳過來的10張照片，然后后端進行處理以后壓縮成一個壓縮包通過網(wǎng)絡流傳輸出去。之前沒有接觸過用Java壓縮文件的，所以就直接上網(wǎng)找了一個例子改了一下用了，改完以后也能使用，但是隨著前端所傳圖片的大小越來越大的時候，耗費的時間也在急劇增加，最后測了一下壓縮20M的文件竟然需要30秒的時間。壓縮文件的代碼如下。

public static void zipFileNoBuffer() {     File zipFile = new File(ZIP_FILE);     try (ZipOutputStream zipOut = new ZipOutputStream(new FileOutputStream(zipFile))) {         //開始時間         long beginTime = System.currentTimeMillis();          for (int i = 0; i < 10; i++) {             try (InputStream input = new FileInputStream(JPG_FILE)) {                 zipOut.putNextEntry(new ZipEntry(FILE_NAME + i));                 int temp = 0;                 while ((temp = input.read()) != -1) {                     zipOut.write(temp);                 }             }         }         printInfo(beginTime);     } catch (Exception e) {         e.printStackTrace();     }

這里找了一張2M大小的圖片，并且循環(huán)十次進行測試。打印的結果如下，時間大概是30秒。

fileSize:20M consum time:29599

第一次優(yōu)化過程-從30秒到2秒

進行優(yōu)化首先想到的是利用緩沖區(qū) BufferInputStream。在 FileInputStream中  read()方法每次只讀取一個字節(jié)。源碼中也有說明。

/**  * Reads a byte of data from this input stream. This method blocks  * if no input is yet available.  *  * @return     the next byte of data, or -1 if the end of the  *             file is reached.  * @exception  IOException  if an I/O error occurs.  */ public native int read() throws IOException;

這是一個調用本地方法與原生操作系統(tǒng)進行交互，從磁盤中讀取數(shù)據(jù)。每讀取一個字節(jié)的數(shù)據(jù)就調用一次本地方法與操作系統(tǒng)交互，是非常耗時的。例如我們現(xiàn)在有30000個字節(jié)的數(shù)據(jù)，如果使用  FileInputStream那么就需要調用30000次的本地方法來獲取這些數(shù)據(jù)，而如果使用緩沖區(qū)的話(這里假設初始的緩沖區(qū)大小足夠放下30000字節(jié)的數(shù)據(jù))那么只需要調用一次就行。因為緩沖區(qū)在第一次調用  read()方法的時候會直接從磁盤中將數(shù)據(jù)直接讀取到內存中。隨后再一個字節(jié)一個字節(jié)的慢慢返回。

BufferedInputStream內部封裝了一個byte數(shù)組用于存放數(shù)據(jù)，默認大小是8192

優(yōu)化過后的代碼如下

public static void zipFileBuffer() {     File zipFile = new File(ZIP_FILE);     try (ZipOutputStream zipOut = new ZipOutputStream(new FileOutputStream(zipFile));             BufferedOutputStream bufferedOutputStream = new BufferedOutputStream(zipOut)) {         //開始時間         long beginTime = System.currentTimeMillis();         for (int i = 0; i < 10; i++) {             try (BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(new FileInputStream(JPG_FILE))) {                 zipOut.putNextEntry(new ZipEntry(FILE_NAME + i));                 int temp = 0;                 while ((temp = bufferedInputStream.read()) != -1) {                     bufferedOutputStream.write(temp);                 }             }         }         printInfo(beginTime);     } catch (Exception e) {         e.printStackTrace();     } }

輸出

------Buffer fileSize:20M consum time:1808

可以看到相比較于第一次使用 FileInputStream效率已經(jīng)提升了許多了

第二次優(yōu)化過程-從2秒到1秒

使用緩沖區(qū) buffer的話已經(jīng)是滿足了我的需求了，但是秉著學以致用的想法，就想著用NIO中知識進行優(yōu)化一下。

使用Channel

為什么要用 Channel呢?因為在NIO中新出了 Channel和  ByteBuffer。正是因為它們的結構更加符合操作系統(tǒng)執(zhí)行I/O的方式，所以其速度相比較于傳統(tǒng)IO而言速度有了顯著的提高。Channel就像一個包含著煤礦的礦藏，而  ByteBuffer則是派送到礦藏的卡車。也就是說我們與數(shù)據(jù)的交互都是與 ByteBuffer的交互。

在NIO中能夠產(chǎn)生 FileChannel的有三個類。分別是 FileInputStream、 FileOutputStream、以及既能讀又能寫的  RandomAccessFile。

源碼如下

public static void zipFileChannel() {     //開始時間     long beginTime = System.currentTimeMillis();     File zipFile = new File(ZIP_FILE);     try (ZipOutputStream zipOut = new ZipOutputStream(new FileOutputStream(zipFile));             WritableByteChannel writableByteChannel = Channels.newChannel(zipOut)) {         for (int i = 0; i < 10; i++) {             try (FileChannel fileChannel = new FileInputStream(JPG_FILE).getChannel()) {                 zipOut.putNextEntry(new ZipEntry(i + SUFFIX_FILE));                 fileChannel.transferTo(0, FILE_SIZE, writableByteChannel);             }         }         printInfo(beginTime);     } catch (Exception e) {         e.printStackTrace();     } }

我們可以看到這里并沒有使用 ByteBuffer進行數(shù)據(jù)傳輸，而是使用了 transferTo的方法。這個方法是將兩個通道進行直連。

This method is potentially much more efficient than a simple loop  * that reads from this channel and writes to the target channel. Many  * operating systems can transfer bytes directly from the filesystem cache  * to the target channel without actually copying them.

這是源碼上的描述文字，大概意思就是使用 transferTo的效率比循環(huán)一個 Channel讀取出來然后再循環(huán)寫入另一個  Channel好。操作系統(tǒng)能夠直接傳輸字節(jié)從文件系統(tǒng)緩存到目標的 Channel中，而不需要實際的 copy階段。

copy階段就是從內核空間轉到用戶空間的一個過程

可以看到速度相比較使用緩沖區(qū)已經(jīng)有了一些的提高。

------Channel fileSize:20M consum time:1416

內核空間和用戶空間

那么為什么從內核空間轉向用戶空間這段過程會慢呢?首先我們需了解的是什么是內核空間和用戶空間。在常用的操作系統(tǒng)中為了保護系統(tǒng)中的核心資源，于是將系統(tǒng)設計為四個區(qū)域，越往里權限越大，所以Ring0被稱之為內核空間，用來訪問一些關鍵性的資源。Ring3被稱之為用戶空間。

用戶態(tài)、內核態(tài)：線程處于內核空間稱之為內核態(tài)，線程處于用戶空間屬于用戶態(tài)

那么我們如果此時應用程序(應用程序是都屬于用戶態(tài)的)需要訪問核心資源怎么辦呢?那就需要調用內核中所暴露出的接口用以調用，稱之為系統(tǒng)調用。例如此時我們應用程序需要訪問磁盤上的文件。此時應用程序就會調用系統(tǒng)調用的接口  open方法，然后內核去訪問磁盤中的文件，將文件內容返回給應用程序。大致的流程如下

直接緩沖區(qū)和非直接緩沖區(qū)

既然我們要讀取一個磁盤的文件，要廢這么大的周折。有沒有什么簡單的方法能夠使我們的應用直接操作磁盤文件，不需要內核進行中轉呢?有，那就是建立直接緩沖區(qū)了。

非直接緩沖區(qū)：非直接緩沖區(qū)就是我們上面所講內核態(tài)作為中間人，每次都需要內核在中間作為中轉。

直接緩沖區(qū)：直接緩沖區(qū)不需要內核空間作為中轉copy數(shù)據(jù)，而是直接在物理內存申請一塊空間，這塊空間映射到內核地址空間和用戶地址空間，應用程序與磁盤之間數(shù)據(jù)的存取通過這塊直接申請的物理內存進行交互。

既然直接緩沖區(qū)那么快，我們?yōu)槭裁床欢加弥苯泳彌_區(qū)呢?其實直接緩沖區(qū)有以下的缺點。直接緩沖區(qū)的缺點：

1、不安全

2、消耗更多，因為它不是在JVM中直接開辟空間。這部分內存的回收只能依賴于垃圾回收機制，垃圾什么時候回收不受我們控制。

3、數(shù)據(jù)寫入物理內存緩沖區(qū)中，程序就喪失了對這些數(shù)據(jù)的管理，即什么時候這些數(shù)據(jù)被最終寫入從磁盤只能由操作系統(tǒng)來決定，應用程序無法再干涉。

綜上所述，所以我們使用 transferTo方法就是直接開辟了一段直接緩沖區(qū)。所以性能相比而言提高了許多

使用內存映射文件

NIO中新出的另一個特性就是內存映射文件，內存映射文件為什么速度快呢?其實原因和上面所講的一樣，也是在內存中開辟了一段直接緩沖區(qū)。與數(shù)據(jù)直接作交互。源碼如下

//Version 4 使用Map映射文件 public static void zipFileMap() {     //開始時間     long beginTime = System.currentTimeMillis();     File zipFile = new File(ZIP_FILE);     try (ZipOutputStream zipOut = new ZipOutputStream(new FileOutputStream(zipFile));             WritableByteChannel writableByteChannel = Channels.newChannel(zipOut)) {         for (int i = 0; i < 10; i++) {              zipOut.putNextEntry(new ZipEntry(i + SUFFIX_FILE));              //內存中的映射文件             MappedByteBuffer mappedByteBuffer = new RandomAccessFile(JPG_FILE_PATH, "r").getChannel()                     .map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, FILE_SIZE);              writableByteChannel.write(mappedByteBuffer);         }         printInfo(beginTime);     } catch (Exception e) {         e.printStackTrace();     } }

打印如下

---------Map fileSize:20M consum time:1305

可以看到速度和使用Channel的速度差不多的。

使用Pipe

Java NIO  管道是2個線程之間的單向數(shù)據(jù)連接。Pipe有一個source通道和一個sink通道。其中source通道用于讀取數(shù)據(jù)，sink通道用于寫入數(shù)據(jù)。可以看到源碼中的介紹，大概意思就是寫入線程會阻塞至有讀線程從通道中讀取數(shù)據(jù)。如果沒有數(shù)據(jù)可讀，讀線程也會阻塞至寫線程寫入數(shù)據(jù)。直至通道關閉。

Whether or not a thread writing bytes to a pipe will block until another thread reads those bytes

我想要的效果是這樣的。源碼如下

//Version 5 使用Pip public static void zipFilePip() {      long beginTime = System.currentTimeMillis();     try(WritableByteChannel out = Channels.newChannel(new FileOutputStream(ZIP_FILE))) {         Pipe pipe = Pipe.open();         //異步任務         CompletableFuture.runAsync(()->runTask(pipe));          //獲取讀通道         ReadableByteChannel readableByteChannel = pipe.source();         ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(((int) FILE_SIZE)*10);         while (readableByteChannel.read(buffer)>= 0) {             buffer.flip();             out.write(buffer);             buffer.clear();         }     }catch (Exception e){         e.printStackTrace();     }     printInfo(beginTime);  }  //異步任務 public static void runTask(Pipe pipe) {      try(ZipOutputStream zos = new ZipOutputStream(Channels.newOutputStream(pipe.sink()));             WritableByteChannel out = Channels.newChannel(zos)) {         System.out.println("Begin");         for (int i = 0; i < 10; i++) {             zos.putNextEntry(new ZipEntry(i+SUFFIX_FILE));              FileChannel jpgChannel = new FileInputStream(new File(JPG_FILE_PATH)).getChannel();              jpgChannel.transferTo(0, FILE_SIZE, out);              jpgChannel.close();         }     }catch (Exception e){         e.printStackTrace();     } }

到此，相信大家對“Java壓縮20M文件從30秒到1秒的優(yōu)化過程是什么”有了更深的了解，不妨來實際操作一番吧！這里是創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，更多相關內容可以進入相關頻道進行查詢，關注我們，繼續(xù)學習！