NIO(二、Buffer)

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NIO(一、概述)
NIO(二、Buffer)
NIO(三、Channel)
NIO(四、Selector)

Buffer

前文讲了NIO与IO的区别,那么这一章开始讲述NIO下核心类 - Buffer类

上一章就说过,NIO的核心包括三个部分:通道(Channel)、选择器(Selector)、缓冲区(Buffer),尽管还有其它的部分,例如管道(Pipe)、文件锁(FileLock)、字符集(Charset)或甚是java.nio包下的异常类,这些都是作为工具而被使用。

说起缓冲区,我们都知道是临时数据存储的地方,官方给它的定义是:

A container for data of a specific primitive type. 特定基础类型数据的容器

其实我们看它的实现类就能看出来

  • ByteBuffer
  • CharBuffer
  • DoubleBuffer
  • FloatBuffer
  • IntBuffer
  • LongBuffer
  • ShortBuffer

几乎每种基础数据类型都会有一种Buffer的实现,它们的操作方式几乎一致,都有读(get)/写(put)操作,而且都是抽象类,所以,基于这些基础类型的缓冲区,还有更具体的实现,例如ByteBuffer类有HeapByteBuffer和MappedByteBuffer两个子类。第一次阅读代码可能有些奇怪,既然所有基础类型数据的缓冲区都从Buffer类继承,那么Buffer类中并没有抽象出读(get)/写(put)方法,而是每个子类中分别抽象本身类型的读(get)/写(put)操作。同样分配缓冲区大小方法( allocate() )也是在子类中定义,Buffer类本身并没对外提供任何初始化的方法,即便是构造也是为了子类继承使用,由此可见,在使用Buffer的时候,我们应该明确知道该使用哪一类基础类型的缓冲区。

Capacity、Limit、Position

我们阅读Buffer类代码会发现,Buffer类定义四个int类型的私有字段:mark、position、limit、capacity。其实了解完这四个字段,我们就明白Buffer是如何工作的。

无论如何,它们的大小都会遵照这个规则 :mark <= position <= limit <= capacity

NIO(二、Buffer)_第1张图片
buffers-modes.png

这是Buffer读/写模式时position、limit、capacity的图。

我们看一段简单代码:

//code 
IntBuffer intBuffer = IntBuffer.wrap(new int[]{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7});
System.out.println("capacity -> " + intBuffer.capacity());
System.out.println("limit -> " + intBuffer.limit());
System.out.println("position -> " + intBuffer.position());
//切换读模式
intBuffer.flip();
System.out.println("capacity -> " + intBuffer.capacity());
System.out.println("limit -> " + intBuffer.limit());
System.out.println("position -> " + intBuffer.position());
//console:
//写模式
capacity -> 7
limit -> 7
position -> 0
//读模式
capacity -> 7
limit -> 0
position -> 0

初始化了一个IntBuffer对象,然后打印capacity、limit、position的值,清楚的可以看到,capacity和limit初始值是初始化容量的大小,position为0。当切换读模式时,capacity的值同样为7,limit和position值为0。
  接上一段代码:

//code
intBuffer.clear();
intBuffer.put(100);
intBuffer.put(200);
System.out.println("position -> " + intBuffer.position());
//切换读模式
intBuffer.flip();
int pVal0 = intBuffer.get(0);
System.out.println("capacity -> " + intBuffer.capacity());
System.out.println("limit -> " + intBuffer.limit());
System.out.println("position -> " + intBuffer.position());
//console
position -> 2
//读模式
capacity -> 7
limit -> 2
position -> 0

position就是你在往Buffer中写数据时,标示当前的位置,初始化的position肯定是0,当你写入一个数据,position就会增加1。但我们发现我们读操作并不会改变position的值,因为get操作只会检查索引有无越界,然后取出数据,并不像put操作会把position增加1。
  另外,要说明一下的是,mark也是Buffer中的一个标记,当缓冲区初始化时、设置新的position或limit的值时、清理缓冲区时、设置读模式时等,mark值都会被标为-1。仅仅在使用mark()方法的时候,mark字段才会被赋予position值。mark作为position的一个临时存储的变量而存在,我们随时都可以调用reset()把之前存储的原position值重新赋给position变量。当一个position不够用时,我们需要多一个临时变量存储,这似乎就是mark存在的意义了。

同样,我们也发现capactiy就是缓冲区的容量,缓冲区的容量在初始化之后就不会变,无论你执行clear()或是compact()方法,它们都不会改变缓冲区的容量,除非被回收整个缓冲区。当我们初始化一个缓冲区之后,在明知道容量只有3的情况下,却硬是塞4个值,那么运行会抛出java.nio.BufferOverflowException异常。
  接上一段代码:

System.out.println("limit -> " + intBuffer.limit());
//code 1.1
intBuffer.get(5);
System.out.println("limit -> " + intBuffer.limit());
//code 1.2
intBuffer.limit(intBuffer.capacity());
intBuffer.get(5);
System.out.println("limit -> " + intBuffer.limit());

//console
limit -> 2
//code 1.1
java.lang.IndexOutOfBoundsException
//code 1.2
limit -> 7

limit同样标示使用的上限,表示你能写多少数据,或你能读多少数据的值。换句话说,就是读/写的时候,limit大小决定了你能读/写多少。上述代码说明了这一点,进入代码块时limit的值为2,意味着只能读索引为0或1的数据,只有当limit被重新赋值,你才能读取新值范围以内的数据。

线程安全

Buffer类的实现,决定了这必定是线程不安全的,如果需要在多个线程中使用,我们需要主动加上同步控制。

方法

这里只介绍几个比较重要的操作方法。
  flip(),切换读模式。

public final Buffer flip() {
        limit = position;
        position = 0;
        mark = -1;
        return this;
}

rewind(),重读,可以理解成倒带,即便已读过的数据内容也可重读一遍。

public final Buffer rewind() {
        position = 0;
        mark = -1;
        return this;
}

clear(),清除缓冲区内容,可以将新的数据重新写进缓冲区.。

public final Buffer clear() {
        position = 0;
        limit = capacity;
        mark = -1;
        return this;
}

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