顺序读写和随机读写

之前学习数据库相关知识的时候经常看到一个结论：随机读写的性能相比顺序读写差很多，要尽量避免。然而对于“随机读写和顺序读写之间的差异有多大，差异的原因是什么”一直是一知半解，这次有时间就好好学习一下相关知识。

1. 磁盘读写的两种情况

1.1 顺序读写

顺序读写是指，要读写的数据存储在磁盘的一整块连续的地址上。举个例子老师发卷子的例子，老师按座位发卷子，找到坐在第一个的同学，一路走下去就能正确的把卷子发到每位同学的手里。简单来说就是只需要找一次，就可以完成读写数据。

1.2 随机读写

磁盘的随机读写是指，要读写的数据分布在磁盘中多个不连续的地址上。还是老师在班里发试卷，老师按学号发卷子，1号2号3号4号一个个发过去。但是学生的座位并不是根据学号来安排的，所以老师就需要先跑到1号的座位发给他试卷，再去找2号发试卷，以此类推。简单的说就是边找数据边读写。

1.3 磁盘读写参考速度

通过网上搜到的图片对两种读写方式的速度有个大概的印象，数据是否特别精准其实不是特别重要。

1.3.1 顺序读写速度

固态硬盘（SSD）顺序读数据的速度大概在470-2300M/S，机械硬盘（HDD）则是200M/S。固态硬盘（SSD）顺序写的速度是160-1300M/S，机械硬盘（HDD）则是130M/S。

1.3.2 随机读写速度

这是随机读写的速度，固态硬盘（SSD）读取数据的速度在20-50M/S，而机械硬盘（HDD）的速度就比较低了只有0.6M/S。固态硬盘（SSD）随机写入数据的速度大约在60-200M/S，机械硬盘（HHD）则在1M/S。

1.3.3 对比

读对比

硬盘类型	顺序读	随机读
机械硬盘	200	0.6
固态硬盘	479~2300	20~50

写对比

硬盘类型	顺序写	随机写
机械硬盘	130	1
固态硬盘	160-1300	60-200

不论是固态硬盘（SSD）还是机械硬盘（HDD），顺序读写相比随机读写都要快几十上百倍。所以很多对性能有要求的底层应用都会想办法避免随机读写（之前在Mysql的书中看到过一些磁盘读写的内容，当时一知半解，这也是为什么找这方面资料的原因）。
对结论有了概念之后，接下来要看看是什么导致了这样的结果。

2. 随机读写耗时原因

随机读写和顺序读写的差异在于定位数据的次数。顺序读写只需做一次数据定位的操作，剩下就是数据传输的时间。随机读写由于数据的物理位置分散所以需要不断的进行重新定位，定位操作会消耗大量的时间。

2.1 机械硬盘

硬盘读写耗费的时间可以分为：寻道时间、旋转延迟、数据传输。
寻道时间：硬盘收到指令调动磁头摆臂，将摆臂移动到指定磁道的时间。
旋转延迟：主轴旋转，将数据所在的扇区移动到磁头下方所花费的时间。
数据传输：磁头读取数据传输到主控的时间。
其中寻道时间和旋转延迟主要依赖机械移动（寻道时间是机械臂移动而旋转延迟是主轴转动），机械移动的耗时远大于数据传输，是机械硬盘读写慢的主要原因。目前磁盘的平均寻道时间一般在3_{15ms，一般都在10ms左右，磁盘旋转一圈大约需要8}11ms ，由此得出定位一次数据就需要10~25ms。

2.2 固态硬盘

固态硬盘在内部维护了Mapping Table用来存储逻辑地址和物理地址之间的映射关系，确定了物理地址后可以直接对硬盘上的Page进行读写。固态硬盘虽不像机械硬盘一样每次定位数据都需进行机械运动，但访问Mapping Table也会中断读写操作，相比持续进行数据传输的顺序读写还是会慢不少。

4. 参考资料

“下载速度变慢、卡99%、电脑变卡”竟然是因为它！
程序员需要知道的SSD基本原理
SSD固态硬盘的结构和基本工作原理概述
硬盘三大种类（SSD；HHD；HDD）
《数据库系统实现 第二版》
机械硬盘拆解实录
浅谈机械磁盘相关概念：磁道、柱面、扇区、寻道时间、旋转延迟、数据传输时间
硬盘基本知识（磁头、磁道、扇区、柱面）
深入了解机械硬盘的读写原理和碎片的产生
科技简章032-机械硬盘