JavaNIO 学习笔记（一） Buffer类源码解读
一、简介
最近在学习javaNIO的知识，为了加深理解，借用此篇文章巩固所学。
Java NIO 相关的类在 JDK1.4 中被引入，用于提高IO的效率。实际上，旧的I/O包已经使用NIO重新实现过，因此我们不显示使用NIO编程，也能从中受益。Java NIO包含了许多东西，但核心的东西主要是 Buffer、Channel、Selector。本文将重点介绍这几部分。
速度的提高源于其使用的结构更像操作系统的执行I/O的方式：通道和缓冲器。我们可以将通道想象成一个矿藏，而缓冲器则是派送到矿藏的卡车。卡车载满矿石，我们在从卡车上获取矿石。也就是说我们没有直接与矿藏进行交互。通道要么向缓冲器发送数据，要么从缓冲器获取数据。
二、Buffer
唯一与通道进行交互的的缓冲器是ByteBuffer。
1、继承体系
Buffer的子类允许以原始字节形式或者基本数据类型输出和读取数据。但是没有办法输出或者读取对象，即使是字符串也不行。
2、源码分析以及相关的操作
2.1 ByteBuffer初始化
bytebuffer初始话可以通过allocate()、allocateDirect()、wrap()方法，这里以allocate()源码为例。其实ByteBuffer底层就是字节数组。
// ByteBuffer为抽象类，无法实例化
public abstract class ByteBuffer
extends Buffer
implements Comparable
{
。。。
}
// 调用ByteBuffer.allocate()方法后，返回其子类HeapByteBuffer实例，即实际创建的是其子类HeapByteBuffer类。
public static ByteBuffer allocate(int capacity) {
if (capacity < 0)
throw new IllegalArgumentException();
return new HeapByteBuffer(capacity, capacity);
}
// HeapByteBuffer的构造函数中创建字节数组
HeapByteBuffer(int cap, int lim) { // package-private
super(-1, 0, lim, cap, new byte[cap], 0);
/*
hb = new byte[cap];
offset = 0;
*/
}
// 上面代码的super() 调用的即这里的方法
ByteBuffer(int mark, int pos, int lim, int cap, // package-private
byte[] hb, int offset)
{
super(mark, pos, lim, cap);
this.hb = hb;
this.offset = offset;
}
// 上面super再中转一次，将值赋给Buffer中。至此，bytebuffer初始化结束。
Buffer(int mark, int pos, int lim, int cap) { // package-private
if (cap < 0)
throw new IllegalArgumentException("Negative capacity: " + cap);
this.capacity = cap;
limit(lim);
position(pos);
if (mark >= 0) {
if (mark > pos)
throw new IllegalArgumentException("mark > position: ("
+ mark + " > " + pos + ")");
this.mark = mark;
}
}
Buffer创建完成后，其数组的结构信息如下：
2.2 ByteBuffer属性以及读写操作
（1）源码分析
byteBuffer 的读写操作通过get() 、put()完成。
get()源码分析
public ByteBuffer put(byte x) {
// 这里的 hb 即为buffer子类HeadByteBuffer的实例
hb[ix(nextPutIndex())] = x;
return this;
}
// 这里的 offset 初始化为0
protected int ix(int i) {
return i + offset;
}
// 将position的值返回
final int nextPutIndex() { // package-private
if (position >= limit)
throw new BufferOverflowException();
return position++;
}
通过上述分析，其原理就是给数组依次赋值。
同理，put()源码操作也相似
public byte get() {
return hb[ix(nextGetIndex())];
}
protected int ix(int i) {
return i + offset;
}
final int nextGetIndex() { // package-private
if (position >= limit)
throw new BufferUnderflowException();
return position++;
}
注意：每次读写的是position的下一个位置，并且可以通过position(int newposition) 和limit(int newlimit方法修改position和limit的值)
- 写入数据后，底层的数组
- 想读写入的数据时，需要做一下改变，这样就可以通过get()方法依次获取到存入的数据。
- 要想完成上述的转变，可使用flip()方法
public final Buffer flip() {
limit = position;
position = 0;
mark = -1;
return this;
}
（2）实例演示
package chapter18_io;
import java.nio.ByteBuffer;
/**
* @author Time
* @created 2019/8/20
* 缓冲区 ：Java Nio中负责数据的存取，其实就是数组，用于存储不同类型的数据
*
* 属性：
* （1）capacity:容量，buffer所能容纳数据元素的最大数量，也就是底层数组的容量，创建时被指定，不可修改
* （2）position: 下一个被读或者写的位置
* （3）limit: 可供读写的最大位置，
* （4）mark: 位置标记，记录某一次读写的位置，可用reset()回到该位置
*/
public class TestBuffer {
public static void main(String[] args) {
// 1. 分配一个指定大小的缓冲区
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
// 2. 查看以下属性
System.out.println(byteBuffer.position()); // 输出结果：0
System.out.println(byteBuffer.capacity()); // 输出结果：1024
System.out.println(byteBuffer.limit()); // 输出结果：1024
String str = "abc";
byteBuffer.put(str.getBytes());
// flip() 方法内部原理 limit = position； position = 0
byteBuffer.flip();
System.out.println(byteBuffer.position()); // 输出结果：0
System.out.println(byteBuffer.capacity()); // 输出结果：1024
System.out.println(byteBuffer.limit()); // 输出结果：3
}
}
2.3 DirectBuffer
除了ByteBufffer.allocate()方法创建HeapByteBuffer以外，ByteBuffer还有一个方法allocateDirect()。这个方法创建的是DirectByteBuffer对象。两者的区别是allocate方法请求的空间是在jvm堆上进行分配的，而allocateDirect()方法请求的空间是在JVM堆外进行分配的，不被JVM管理，其他的属性和方法两个都一样，这里就不再进行分析了。
3 总结
Buffer是JavaNIO中一个重要的辅助类，使用比较频繁。在不熟悉的情况下，很容易忘记调用flip()方法而导致程序出错。