Java NIO(2) Buffer 缓冲器详解

Java NIO

1. Java NIO 基本组件介绍

2. Java NIO 核心组件：Buffer 缓冲器

3. Java NIO 核心组件：Channel 通道

4. Java NIO 核心组件：Selector 选择器，Pipe 管道

Buffer 缓冲器

Java NIO 的 Buffer 由 数据和索引（用于高效访问和操纵数据）组成，这些索引包括4个：

• mark（标记索引）
  
• position（位置索引）
  
• limit（限制索引）
  
• capacity（容量索引）；
  

这 4 个索引的数值关系 ：0 <= mark <= position <= limit <= capacity， 默认的初始化值：0 = position ，limit = capacity

唯一与通道 Channel 进行交互的 Buffer 是 ByteBuffer，其他 Buffer 类似都会转化为 ByteBuffer 之后再与 Channel 进行交互，这些缓冲器类型包括以下：

CharBuffer、DoubleBuffer、IntBuffer、LongBuffer、ShortBuffer、FloatBuffer；

Buffer 常用的 API

ByteBuffer 常用的 API

缓存区的创建，写入，读取（以 ByteBuffer 示例）

 

//直接通过包装字节数组创建 ByteBuffer        

ByteBuffer byteBuffer1 = ByteBuffer.wrap(new byte[]{21,23,5,98,123,34,22});

ByteBuffer byteBuffer2 = ByteBuffer.wrap("are you ok".getBytes("UTF-8"));

​

//创建一个指定容量的空白 ByteBuffer

ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

​

//向 ByteBuffer 写入数据

byteBuffer.put((byte)12);

byteBuffer.putChar('a');

byteBuffer.putDouble(23.33);

byteBuffer.putLong(23333333333333L);

byteBuffer.put("are you ok?".getBytes("UTF-8"));

​

//从 ByteBuffer 读取数据

byteBuffer.flip();                  //重绕缓冲区，limit = position，position = 0

byte b = byteBuffer.get();          //b = 12

char ch = byteBuffer.getChar();     //ch = a

double d = byteBuffer.getDouble();  //d = 23.33

long l = byteBuffer.getLong();      //l = 23333333333333

​

byte[] strbytes = new byte[byteBuffer.remaining()];  //byte数组大小 = byteBuffer position 到 limit 的元素个数

byteBuffer.get(strbytes);

String str = new String(strbytes);    // str = "are you ok?"

缓冲区的各种刷新方式

①clear：清除此缓冲区，各个索引的设置：position = 0，limit = capacity ，mark 丢弃（即将 position，limit，mark 还原为初始状态）；

 

// clear 常常用于要完全初始化一个 buffer 的时候

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); 

FileChannel in = new FileInputSteam("data.dat").getChannel();

in.read(buffer);

....

FileChannel in2 = new FileInputStream("data2.dat").getChannel();

buffer.clear();  //将 buffer 恢复到初始化状态

in2.read(buffer);

②flip： 反转此缓冲区，各个索引的设置：limit = position，position = 0；

 

//filp 经常用于当缓冲区写入某些数据之后，position 发生变化，要重新读取缓冲区的有效内容（认为 limit 为当前的 position）

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

buffer.put("are you ok?".getBytes("UTF-8"));'

buffer.flip();   //设置缓冲区 position 后反转缓冲区

​

byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()];

buffer.get(bytes);

String str = new String(bytes);

③rewind： 重绕此缓冲区， 各个索引的设置：position = 0，，mark 丢弃；

 

//rewind 常常用在缓冲区的 position 发生变化后，要重新使用缓冲区的有效内容（在缓冲区设置了limit的情况下）,常常和 flip 配合使用

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

buffer.put("are you ok?".getBytes("UTF-8"));'

buffer.limit(buffer.position()).rewind();   //设置缓冲区 limit 后 rewind 缓冲区

​

byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()];

buffer.get(bytes);

String str = new String(bytes);

④reset： 将此缓冲区的位置重置为以前标记的位置，position = mark；

 

// reset 常常和 mark 结合使用，经常用在缓冲区回滚

FileChannel in = .....

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(100);

in.read(buffer);

buffer.mark();

in.read(buffer);

buffer.reset();    //position 回滚到 mark 点，相当于第 6 行的 in.read() 没有实际效果

改变 Buffer 的字节存放顺序

Buffer 由以下 2 种字节存放顺序，默认使用 高位优先 储存顺序，可以通过 order()方法改变字节存放顺序；

• 高位优先（big endian）：将重要的字节存放在地址的最低储存单元，如 short 值 97 的高位优先排序：00000000 01100001
  
• 低位优先（little endian）：将重要的字节存放在地址的最高储存单元，如 short 值 97 的低位优先排序：01100001 0000000
  

 

ByteBuffer buff = ByteBuffer.wrap(new byte[]{97});

buff.order(ByteOrder.BIG_ENDIAN);            //更改为高位优先排序

buff.order(ByterOrder.LITTLE_EBDIAN);        //更改为低位优先排序

使用视图缓冲器将 ByteBuffer 映射为其他类型 Buffer

可以使用视图 view buffer 以某个特定的基本类型 Buffer 的视窗查看底层的 ByteBuffer，ByteBuffer 仍然是实际出储存数据的地方，但是可以以其他类型的 Buffer（IntBudder，CharBuffer等）查看，而对这些视窗的任何修改都会映射为底层 ByteBuffer 中数据的修改；

 

ByteBuffer buff = ByteBuffer.wrap(new byte[]{0,1,0,'a'});

​

IntBuffer intbuf = buff.asIntBuffer();   

CharBuffer charbuf = buff.asCharBuffer();

DoubleBuffer doublebuf = buff.asDoubleBuffer();

FloatBuffer floatbuf = buff.asFloatBuffer();

ShortBuffer shortbuf = buff.asShortBuffer();

​

ByteBuffer buff_readOnly = buff.asReadOnlyBuffer();

ByteBuffer 和 CharBuffer 之间的转换

对于将 ByteBuffer 转化为 CharBuffer ，会涉及到字符的编码解码问题， java.nio.CharSet对这一过程提供了支持；

1）对输入内容进行解码

 

//从文件通道获取ByteBuffer缓冲区，将其解码为Unicode字符类型的CharBuufer缓冲区，并输入到内存中；

ByteBuffer buff = ButtBuffer.allocate(1024);  

FileChannel fc = new FileChannel(new InpuStream("target.txt")).getChannel();

fc.read(buff);                      //读取文件通道的数据到缓冲区（此时缓冲区中的数据时未被编码的byte）

buff.flip();  

​

CharBuffer charbuff = CharSet.forname("UTF-8").decode(buff)   //使用 UTF-8 格式解码

while(charbuff.hasRemaining())

     System.out.print(charbuff.get());

2）对输出内容进行编码

 

//将Unicode字符类新的CharBuffer缓冲区编码为ByteBuffer缓冲区，并输出到文件中通道中；

FileChannel fc = new FileChannel(new OutputStream("src.txt")).getChannel();

CharBuffer charbuff = ByteBuffer.allcoate(1024).asCharBuffer();

charbuff.put("are you ok?");

charbuff.flip();

​

ByteBuffer buff = CharSet.forname("UTF-8").encode(charbuff);    //使用 UTF-8 格式编码

fc.write(buff);