Tape是一個(gè)隊(duì)列集合類庫(kù)，主要包含內(nèi)存對(duì)象隊(duì)列，文件對(duì)象隊(duì)列和任務(wù)隊(duì)列，特別是文件對(duì)象隊(duì)列的設(shè)計(jì)，使用了RandomAccessFile，可以在新增，移除對(duì)象時(shí)就把數(shù)據(jù)保存在文件里，使用起來非常方便。

使用方法

Tape的使用方法非常簡(jiǎn)單，和List差不多，包含方法size()，add(T entry)，peek()，remove()，看字面意思就明白，我就不具體展開了，至于TaskQueue的使用，可以看下官方的介紹.

源碼分析

QueueFile(隊(duì)列文件)

內(nèi)存對(duì)象隊(duì)列和任務(wù)隊(duì)列都比較簡(jiǎn)單，主要是看到了QueueFile(隊(duì)列文件)的設(shè)計(jì)受到了一些啟發(fā)，在這里和可以和大家聊聊。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

QueueFile數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).png

看到上圖，我們可以清晰的看到，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含頭部信息（16 bytes）和元素列表（Length - 16 bytes）。頭部信息包含文件長(zhǎng)度（4 bytes），元素個(gè)數(shù)（4 bytes），第一個(gè)元素位置（4 bytes），最后一個(gè)元素位置（4 bytes）。元素列表里面的單個(gè)元素包含元素長(zhǎng)度（4 bytes）和元素內(nèi)容。

源碼設(shè)計(jì)

里面主要用到的是RandomAccessFile（隨機(jī)存儲(chǔ)文件），用seek( )方法來訪問記錄，只需要記住位置和大小即可。

RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("file", "rw");  
// 以下向file文件中寫數(shù)據(jù)
file.writeInt(20);
file.seek(0);// 把文件指針位置設(shè)置到文件起始處  
  
// 以下從file文件中讀數(shù)據(jù)，要注意文件指針的位置
file.readInt();

在QueueFile里面對(duì)RandomAccessFile使用主要就是用到上面這幾個(gè)方法，我們接下來看看QueueFile源碼。

QueueFile初始化

public QueueFile(File file) throws IOException {
    if (!file.exists()) initialize(file);//如果文件不存在，則初始化
    raf = open(file);//創(chuàng)建RandomAccessFile
    readHeader();//讀取頭部信息
  }

private static void initialize(File file) throws IOException {
    // Use a temp file so we don't leave a partially-initialized file.
    File tempFile = new File(file.getPath() + ".tmp");//創(chuàng)建文件*.tmp
    RandomAccessFile raf = open(tempFile);//創(chuàng)建RandomAccessFile
    try {
      raf.setLength(INITIAL_LENGTH);//初始化RandomAccessFile文件長(zhǎng)度是4096
      raf.seek(0);// 把文件指針位置設(shè)置到文件起始處  
      byte[] headerBuffer = new byte[16];//初始化頭部信息bytes
      writeInts(headerBuffer, INITIAL_LENGTH, 0, 0, 0);//將文件長(zhǎng)度為4096寫入headerBuffer
      raf.write(headerBuffer);//將headerBuffer寫入RandomAccessFile文件
    } finally {
      raf.close();
    }

    // A rename is atomic.
    if (!tempFile.renameTo(file)) throw new IOException("Rename failed!");//將tempFile重命名成file
  }

private void readHeader() throws IOException {
    raf.seek(0);
    raf.readFully(buffer);
    fileLength = readInt(buffer, 0);
    if (fileLength > raf.length()) {
      throw new IOException("File is truncated. Expected length: " + fileLength + ", Actual length: " + raf.length());
    } else if (fileLength == 0) {
      throw new IOException("File is corrupt; length stored in header is 0.");
    }
    elementCount = readInt(buffer, 4);//讀取元素個(gè)數(shù)
    int firstOffset = readInt(buffer, 8);//讀取第一個(gè)元素的位置
    int lastOffset = readInt(buffer, 12);//讀取最后一個(gè)元素的位置
    first = readElement(firstOffset);//讀取第一個(gè)元素
    last = readElement(lastOffset);//讀取最后一個(gè)元素
  }

至此，QueueFile初始化完成。

接下來看下add方法。

  public void add(byte[] data) throws IOException {
    add(data, 0, data.length);
  }

  public synchronized void add(byte[] data, int offset, int count) throws IOException {
    nonNull(data, "buffer");
    if ((offset | count) < 0 || count > data.length - offset) {
      throw new IndexOutOfBoundsException();
    }

    expandIfNecessary(count);//判斷新增內(nèi)容之后文件長(zhǎng)度是否夠，如果不夠則進(jìn)行擴(kuò)大

    // Insert a new element after the current last element.
    boolean wasEmpty = isEmpty();
    int position = wasEmpty ? HEADER_LENGTH : wrapPosition(last.position + Element.HEADER_LENGTH + last.length);
    Element newLast = new Element(position, count);

    // Write length.
    writeInt(buffer, 0, count);//向buffer寫入新元素長(zhǎng)度
    ringWrite(newLast.position, buffer, 0, Element.HEADER_LENGTH);//向RandomAccessFile寫入新元素長(zhǎng)度

    // Write data.
    ringWrite(newLast.position + Element.HEADER_LENGTH, data, offset, count);//向RandomAccessFile寫入新元素內(nèi)容

    // Commit the addition. If wasEmpty, first == last.
    int firstPosition = wasEmpty ? newLast.position : first.position;
    writeHeader(fileLength, elementCount + 1, firstPosition, newLast.position);//寫入頭部信息
    last = newLast;
    elementCount++;
    if (wasEmpty) first = last; // first element
  }

peek方法，返回第一個(gè)元素內(nèi)容

public synchronized byte[] peek() throws IOException {
    if (isEmpty()) return null;
    int length = first.length;
    byte[] data = new byte[length];
    ringRead(first.position + Element.HEADER_LENGTH, data, 0, length);
    return data;
  }

remove方法

public synchronized void remove() throws IOException {
    if (isEmpty()) throw new NoSuchElementException();
    if (elementCount == 1) {//如果元素個(gè)數(shù)等于1，則清空全部?jī)?nèi)容
      clear();
    } else {
      // assert elementCount > 1
      int firstTotalLength = Element.HEADER_LENGTH + first.length;

      ringErase(first.position, firstTotalLength);//清除第一個(gè)元素?cái)?shù)據(jù)

      int newFirstPosition = wrapPosition(first.position + firstTotalLength);
      ringRead(newFirstPosition, buffer, 0, Element.HEADER_LENGTH);
      int length = readInt(buffer, 0);//新元素內(nèi)容長(zhǎng)度
      writeHeader(fileLength, elementCount - 1, newFirstPosition, last.position);//寫入更新之后的頭部信息
      elementCount--;
      first = new Element(newFirstPosition, length);
    }
  }

private void ringErase(int position, int length) throws IOException {
    while (length > 0) {
      int chunk = min(length, ZEROES.length);
      ringWrite(position, ZEROES, 0, chunk);
      length -= chunk;
      position += chunk;
    }
  }

需要注意的是，在清除第一個(gè)元素?cái)?shù)據(jù)時(shí)，只是將第一個(gè)元素的數(shù)據(jù)設(shè)置成0。

總結(jié)

測(cè)試發(fā)現(xiàn)，RandomAccessFile在處理大數(shù)據(jù)的時(shí)候讀寫性能很差，主要原因是RandomAccessFile每讀/寫一個(gè)字節(jié)就需對(duì)磁盤進(jìn)行一次I/O操作，所以QueueFile不適合大數(shù)據(jù)的讀寫。不過可以對(duì)RandomAccessFile進(jìn)行優(yōu)化，增加緩沖讀寫機(jī)制，看該文。

參考資料

Tape
花1K內(nèi)存實(shí)現(xiàn)高效I/O的RandomAccessFile類

可以隨意轉(zhuǎn)發(fā)，也歡迎關(guān)注我的簡(jiǎn)書，我會(huì)堅(jiān)持給大家?guī)矸窒怼?/p>