缓冲区(Buffer)

1、 概念介绍

缓冲区(Buffer)就是在内存中预留指定大小的存储空间用来对I/O的数据做临时存储，这部分预留的内存空间叫缓冲区。

使用缓冲区有两个好处：
1、减少实际物理读写次数
2、缓冲区在创建时就被分配内存，这块内存区域一直被重用，可以减少动态分配和回收内存的次数

一般在实际过程中，我们一般是先将文件读入内存，再从内存写入到别的地方，这样在输入输出过程中我们都可以用缓存来提升IO性能。

在java nio中，缓冲区的作用也是用来临时存储数据，可以理解为是I/O操作中数据的中转站。缓冲区直接为通道(channel)服务，写入数据到通道或从通道读取数据，这样利用缓冲区数据来传递就可以达到对数据高效处理的目的。在nio中主要有八种缓冲区类（其中MappedByteBuffer是专门用于内存映射的一种ByteBuffer）:
ByteBuffer,CharBuffer,ShortBuffer,IntBuffer,LongBuffer,FloatBuffer,DoubleBuffer

2、Fields

所有缓冲区都有4个属性：capacity、limit、position、mark，并遵循mark<=position<=limit<=capacity，下表时对这4个属性的解释：

字段	作用
position	当前读到的位置
limit	当前写到的位置
capacity	容量
mark	标记，调用mark()来设置mark=position，在调用reset()可以让position恢复到标记位置

我写了这几个方法的测试方法，大家可以运行起来理解：

public static void main(String[] args) {
        System.out.println("---------test allocate ------------");
        System.out.println("before allocate:"+Runtime.getRuntime().freeMemory());

        //如果分配的内存过小，大小不会变化，要超过多少jvm才能感觉到？
        ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(102400);
        System.out.println("buffer = "+buffer);
        System.out.println("after allocate:"+Runtime.getRuntime().freeMemory());

        //这部分直接用的系统内存，所以对jvm的内存没有影响
        ByteBuffer directBuffer=ByteBuffer.allocateDirect(102400);
        System.out.println("directBuffer = "+directBuffer);
        System.out.println("after allocate:"+Runtime.getRuntime().freeMemory());

        System.out.println("----------  test wrap ---------");
        byte[]bytes=new byte[32];
        buffer=ByteBuffer.wrap(bytes);
        System.out.println(buffer);

        buffer=ByteBuffer.wrap(bytes,10,10);
        System.out.println(buffer);
    }

3、另外一些常用的方法

方法	描述
limit(),limit(10)	前者get，后者set
reset()	把position设置成mark的值
clear()	position=0,limit=capacity,mark=-1
flip()	limit=position,position=0,mark=-1；将缓冲区状态由存数据变为准备取数据
rewind()	把position设为0，mark设为-1,不改变limit的值
remaining()	return limit-position
hasRemaining()	return position < limit,是否还有未读内容
compact	把position到limit间的内容移到0到limit间,position和limit的取值分别变为limit-position、capacity; 也即将未读的内容拷贝到缓冲区开头，现在buffer准备好写数据，但是不会覆盖未读的数据; 如果先将position设置到limit,再compact，那么相当于clear
get()	相对读，从position读取一个byte,并将position+1,为下次读写做准备
get(int index)	绝对读，读取byteBuffer底层bytes下标为index的byte,不改变position
get(byte[]dst,int offset,int length)	从position开始相对读，读length个byte,并写入dst下标从offset到offset+length的区域
put(byte b)	相对写，向position写入一个byte,并将position+1,为下次读写做准备
put(int index,byte b)	绝对写，想byteBuffer底层的bytes中下标为index的位置插入byte b，不改变position
put(ByteBuffer src)	用相对写，把src中可读的部分(position-limit)写入到此byteBuffer)
put(byte[]src,int offset,int length	将src数组中offset到offset+length的数据写入到position之后，并将position+length

以下是这些方法的测试代码：

 public static void main(String[] args) {
        byte[]bytes=new byte[32];
        ByteBuffer buffer=ByteBuffer.wrap(bytes);
        System.out.println(buffer);

        buffer=ByteBuffer.wrap(bytes,10,10);
        System.out.println("----------Test reset -----------");
        buffer.clear();
        buffer.position(5);
        buffer.mark();
        buffer.position(10);
        System.out.println("before reset:"+buffer);
        buffer.reset();
        System.out.println("after reset:"+buffer);

        System.out.println("----------Test rewind -----------");
        buffer.clear();
        buffer.position(10);
        buffer.limit(15);
        System.out.println("before rewind:"+buffer);
        buffer.rewind();
        System.out.println("after rewind:"+buffer);

        System.out.println("----------Test compact -----------");
        buffer.clear();
        buffer.put("abcd".getBytes());

        System.out.println("before compact:"+buffer);
        System.out.println(new String(buffer.array()));
        buffer.flip();
        System.out.println("after flip:"+buffer);

        System.out.println((char)buffer.get());
        System.out.println((char)buffer.get());
        System.out.println((char)buffer.get());
        System.out.println("after three gets:"+buffer);

        System.out.println("\t"+new String(buffer.array()));
        buffer.compact();
        System.out.println("after compact:"+buffer);

        System.out.println("\t"+new String(buffer.array()));

        System.out.println("----------Test get -----------");
        buffer=ByteBuffer.allocate(32);
        buffer.put((byte)'a').put((byte) 'b').put((byte)'c').put((byte)'d').put((byte)'e').put((byte)'f');
        System.out.println("before flip:"+buffer);
        //转换为读取模式
        buffer.flip();
        System.out.println("before get:"+buffer);
        System.out.println((char)buffer.get());
        System.out.println("after get:"+buffer);

        //get(index)不影响position
        System.out.println((char)buffer.get(2));
        System.out.println("after get(index):"+buffer);

        byte[]dst=new byte[10];
        buffer.get(dst,0,2);
        System.out.println("after get(dst,0,2):"+buffer);
        System.out.println("\t dst:"+new String(dst));
        System.out.println("buffer now is:"+buffer);
        System.out.println("\t"+new String(buffer.array()));

        System.out.println("----------Test put -----------");
        ByteBuffer bb=ByteBuffer.allocate(32);
        System.out.println("before put(byte):"+bb);
        System.out.println("after put(byte):" + bb.put((byte) 'z'));
        System.out.println("after put(2,(byte)'c'):"+ bb.put(2, (byte) 'c'));
        System.out.println("\t"+new String(bb.array()));

        //这里的buffer是abcdef[pos=3 limit=6 cap=32]
        bb.put(buffer);
        System.out.println("after put(buffer):"+bb);
        System.out.println("\t"+new String(bb.array()));
    }