如何利用磁碟順序讀寫快於內存隨機讀寫這一現象？

今天看了kafka官網的介紹，談了設計理念，其中有提到相對於內存的隨機讀寫，使用硬碟的順序讀寫會更好更快，所以kafka使用磁碟而不是內存。但是從JAVA的角度來說，什麼是內存的隨機讀寫和硬碟的順序讀寫？比如我需要緩存一個10GB的queue，是否寫入一個大文件，然後全部讀取會比全部寫入linkedlist然後讀取快？可是我認為硬碟上也不一定有非常大的連續空間，所以實際不一定是連續讀寫。這樣的話，作為一名程序猿，在寫代碼的時候如何才能利用這一個點？

既然邀請我回答，我勉為其難說一點我知道的。

首先說概念：

物理內存和虛擬內存。

物理內存就是我們常說的ddr（早期叫sdram翻譯成中文叫做隨機訪問存儲器），ddr就是Double Data Rate隨機訪問存儲器，也就是說這個東西就是為隨機訪問設計的，每次訪問的數據位寬通常由匯流排寬度決定。（下圖來自網路侵刪）

上面一張圖可以看出對於普遍使用的ddr4內存在不考慮匯流排影響的情況下的速度未17GB每秒，這個速度是磁碟不論如何都達不到的。

相反的，磁碟的讀寫速度受到磁頭調度，轉速等物理條件的影響相對較慢，為什麼順序讀/寫速度較隨機訪問快，就是省去了磁頭調度時間，一般情況下磁頭調度幾毫秒到幾十毫秒不等，即使是順序讀/寫目前主流的磁碟速度大概100～200 MB/s之間（畢竟是機械部件）。

實際上，磁碟為了提高io性能，基本上都會內置一塊內存作為緩存（持續讀寫速度超過150MB/s的希捷新酷魚1TB硬碟採用64MB緩存，下圖來自網路侵刪），

現代操作系統並不直接提供物理內存給程序訪問，而是使用虛擬內存機制，讓每個應用程序認為自己獨佔內存空間，虛擬內存並不一定能映射到實際的物理內存，當程序訪問到這段地址的時候，操作系統會產生缺頁異常，將不常使用的數據刷寫到磁碟，以便騰出內存讓程序訪問，這個操作會大量的消耗io操作，導致性能低下。

java本身不提供實際內存的訪問，虛擬機會預留虛擬內存使用，在少量使用內存的情況下，並且沒有產生垃圾回收的情況下，我傾向於認為此時速度和物理內存一致；但是在大量內存的情況下，當操作系統偵測到缺頁異常的時候，這個時候隨機訪問速度會低於磁碟的順序訪問速度。

綜上，如果不是出現大量內存隨機訪問，導致頻繁出現缺頁或者頁面調入調出的情況，內存隨機讀寫速度是遠遠快於磁碟順序訪問速度的。