Операционная система собирается кэшировать как можно большую часть файла, поэтому попытка перехитрить менеджер кэша, вероятно, не принесет вам много пользы.
С точки зрения производительности вам будет гораздо лучше обслуживать байты вне JVM (передача огромных порций данных между ОС и JVM относительно медленная). Вы можете достичь этой цели, используя MappedByteBuffer, поддерживаемый прямым блоком памяти.
Вот подходящий тип статьи: статья