Java通信之IO演进（三）- NIO之Buffer

一. Buffer(缓冲区)介绍

Java NIO Buffers用于和NIO Channel交互。 我们从Channel中读取数据到buffers里，从Buffer把数据写入到Channels.

Buffer本质上会占用一块内存区，可以用来写入数据，并在稍后读取出来。这块内存被NIO Buffer包裹起来，对外提供一系列的读写方便开发的接口。

在Java NIO中使用的核心缓冲区如下（覆盖了通过I/O发送的基本数据类型：byte, char、short, int, long, float, double ，long）：

• ByteBuffer

• CharBuffer

• ShortBuffer

• IntBuffer

• FloatBuffer

• DoubleBuffer

• LongBuffer

利用Buffer读写数据，通常遵循四个步骤：

1. 先分配大小给buffer

2. 把数据写入buffer；

3. 调用flip；

4. 从Buffer中读取数据；

5. 调用buffer.clear()或者buffer.compact()。

public static void main(String args[]) throws Exception {  
    //创建一个随机读取文件对象
    RandomAccessFile fin = new RandomAccessFile("E://test.txt","rw");
    //创建文件的操作管道
    FileChannel fc = fin.getChannel();
    //1. 分配一个10个大小缓冲区，说白了就是分配一个10个大小的byte数组
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);  
    output("初始化", buffer);
    //3.先读一下
    fc.read(buffer);  
    output("调用read()", buffer);
    //3.准备操作之前，先锁定操作范围
    buffer.flip();  
    output("调用flip()", buffer);
    //4.判断有没有可读数据, 可用
    while (buffer.remaining() > 0) {  
       fc.write(buffer);  
    }
    output("调用get()", buffer);
    //5.可以理解为解锁
    buffer.compact();  
    output("调用clear()", buffer);
    //最后把管道关闭
    fin.close();  
}  

当写入数据到buffer中时，buffer会记录已经写入的数据大小。当需要读数据时，通过 flip()方法把buffer从写模式调整为读模式；在读模式下，可以读取所有已经写入的数据。

当读取完数据后，需要清空buffer，以满足后续写入操作。清空buffer有两种方式：调用 clear() 或 compact() 方法。clear会清空整个buffer，compact则只清空已读取的数据，未被读取的数据会被移动到buffer的开始位置，写入位置则近跟着未读数据之后。

 

二. Buffer的容量，位置，上限（Buffer Capacity, Position and Limit）

Buffer缓冲区实质上就是一块内存，用于写入数据，也供后续再次读取数据。这块内存被NIO Buffer管理，并提供一系列的方法用于更简单的操作这块内存。

一个Buffer有三个属性是必须掌握的，分别是：

• capacity容量:  作为一块内存，buffer有一个固定的大小，叫做capacity（容量）。也就是最多只能写入容量值得字节，整形等数据

• position位置:  类似指针，需要随着读写归零移动。

  1. 当写入数据到Buffer的时候需要从一个确定的位置开始，默认初始化时这个位置position为0，一旦写入了数据比如一个字节，整形数据，那么position的值就会指向数据之后的一个单元，position最大可以到capacity-1.

  2. 当从Buffer读取数据时，也需要从一个确定的位置开始。buffer从写入模式变为读取模式时，position会归零，每次读取后，position向后移动。

• limit限制:  写满时，等于capacity, 未写满时，等于读取到的最大字节数，可与position相等

position和limit的具体含义取决于当前buffer的模式。capacity在两种模式下都表示容量。

读写模式下position和limit的含义：

 

三. Buffer的常见方法

方法	介绍
abstract Object array()	返回支持此缓冲区的数组 （可选操作）
abstract int arrayOffset()	返回该缓冲区的缓冲区的第一个元素的在数组中的偏移量 （可选操作）
int capacity()	返回此缓冲区的容量
Buffer clear()	清除此缓存区。将position = 0;limit = capacity;mark = -1;
Buffer flip()	flip()方法可以吧Buffer从写模式切换到读模式。调用flip方法会把position归零，并设置limit为之前的position的值。 也就是说，现在position代表的是读取位置，limit标示的是已写入的数据位置。
abstract boolean hasArray()	告诉这个缓冲区是否由可访问的数组支持
boolean hasRemaining()	return position < limit，返回是否还有未读内容
abstract boolean isDirect()	判断个缓冲区是否为 direct
abstract boolean isReadOnly()	判断告知这个缓冲区是否是只读的
int limit()	返回此缓冲区的限制
Buffer position(int newPosition)	设置这个缓冲区的位置
int remaining()	return limit - position; 返回limit和position之间相对位置差
Buffer rewind()	把position设为0，mark设为-1，不改变limit的值
Buffer mark()	将此缓冲区的标记设置在其位置

四. Buffer的使用方式/方法介绍

分配缓冲区（Allocating a Buffer）

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);

写入数据到缓冲区（Writing Data to a Buffer）

写数据到Buffer有两种方法：

• 从Channel中写数据到Buffer

      fc.read(buffer);

• 手动写数据到Buffer，调用put方法

      buffer.put("hello".getBytes());

put方法有很多不同版本，对应不同的写数据方法。例如把数据写到特定的位置，或者把一个字节数据写入buffer。

翻转（flip()）

flip()方法可以吧Buffer从写模式切换到读模式。调用flip方法会把position归零，并设置limit为之前的position的值。 也就是说，现在position代表的是读取位置，limit标示的是已写入的数据位置。

从Buffer读取数据（Reading Data from a Buffer）

从Buffer读数据也有两种方式。

• 从buffer读数据到channel

     fc.wirte(buffer);

• 从buffer直接读取数据，调用get方法

     buffer.get()

rewind()

Buffer.rewind()方法将position置为0，这样我们可以重复读取buffer中的数据。limit保持不变

clear() and compact()

一旦我们从buffer中读取完数据，需要复用buffer为下次写数据做准备。只需要调用clear（）或compact（）方法。

如果调用的是clear()方法，position将被设回0，limit被设置成 capacity的值。换句话说，Buffer 被清空了。Buffer中的数据并未清除，只是这些标记告诉我们可以从哪里开始往Buffer里写数据。

如果Buffer还有一些数据没有读取完，调用clear就会导致这部分数据被“遗忘”，因为我们没有标记这部分数据未读。

针对这种情况，如果需要保留未读数据，那么可以使用compact。 因此 compact() 和 clear() 的区别就在于: 对未读数据的处理，是保留这部分数据还是一起清空 。

mark()与reset()方法

通过调用Buffer.mark()方法，可以标记Buffer中的一个特定position。之后可以通过调用Buffer.reset()方法恢复到这个position。例如：

    1. buffer.mark(); //call buffer.get() a couple of times, e.g. during parsing.

    2. buffer.reset();  //set position back to mark.

equals() and compareTo()

可以用eqauls和compareTo比较两个buffer

equals():

判断两个buffer相对，需满足：

• 类型相同

• buffer中剩余字节数相同

• 所有剩余字节相等

从上面的三个条件可以看出，equals只比较buffer中的部分内容，并不会去比较每一个元素。

compareTo():

compareTo也是比较buffer中的剩余元素，只不过这个方法适用于比较排序的：

四 Buffer常用方法测试

这里以ByteBuffer为例子说明抽象类Buffer的实现类的一些常见方法的使用：

public static void main(String args[]) throws Exception {  
    //创建一个随机读取文件对象
    RandomAccessFile fin = new RandomAccessFile("E://test.txt","rw");
    //创建文件的操作管道
    FileChannel fc = fin.getChannel();
    //分配一个10个大小缓冲区，说白了就是分配一个10个大小的byte数组
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);  
    output("初始化", buffer);
    //先读一下
    fc.read(buffer);  
    output("调用read()", buffer);
    //准备操作之前，先锁定操作范围
    buffer.flip();  
    output("调用flip()", buffer);
    //判断有没有可读数据
    while (buffer.remaining() > 0) {  
        buffer.get();
    }
    output("调用get()", buffer);
    //可以理解为解锁
    buffer.compact();
    output("调用clear()", buffer);
    //最后把管道关闭
    fin.close();  
}  

//把这个缓冲里面实时状态给答应出来
public static void output(String step, ByteBuffer buffer) {
    System.out.println(step + " : "); 
    //容量，数组大小
    System.out.print("capacity: " + buffer.capacity() + ", ");
    //当前操作数据所在的位置，也可以叫做游标
    System.out.print("position: " + buffer.position() + ", ");
    //锁定值，flip，数据操作范围索引只能在position - limit 之间
    System.out.println("limit: " + buffer.limit());
    System.out.println();
}