NIO之Buffer缓冲区
NIO简介
Java.nio全称Java non-blocking IO或Java New IO，是从jdk1.4 开始引入的一套新的IO api（New IO） ，为所有的原始类型（boolean类型除外）提供缓存支持的数据容器，使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络。
IO操作的模式：
PIO（Programing IO）: 所有的IO操作由CPU处理，CPU占用率比较高 。
DMA(Direct Memory Access):DMA需要向CPU申请IO操作权限，CPU把IO操作控制权交给DMA控制器，只能以固定的方式读写，CPU空闲做其他工作。
通道方式(Channel)：能执行有限通道指令的IO控制器，代替CPU管理控制外设。通道有自己的指令系统，是一个协处理器，具有更强的独立处理数据输入和输出的能力。
Java NIO 由以下几个核心部分组成：
- Buffer：缓冲区
- Channer：通道
- Selector：选择器（轮询器）
NIO和普通IO的区别
| IO | NIO |
|---|---|
| 面向流 | 面向缓冲区 |
| 阻塞IO | 非阻塞IO |
| 无 | 选择器 |
Buffer的使用
Java NIO中的Buffer用于和NIO通道进行交互。如你所知，数据是从通道读入缓冲区，从缓冲区写入到通道中的。
缓冲区本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。
Java NIO里关键的Buffer实现：
- ByteBuffer
- CharBuffer
- DoubleBuffer
- FloatBuffer
- IntBuffer
- LongBuffer
- ShortBuffer
Buffer的基本用法
使用Buffer读写数据一般遵循以下四个步骤：
- 创建缓冲区，写入数据到Buffer
- 调flip()方法
- 从Buffer中读取数据
- 调用clear（）方法或者compact（）方法
当向buffer写入数据时，buffer会记录下写了多少数据。一旦要读取数据，需要通过flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式。在读模式下，可以读取之前写入到buffer的所有数据。
一旦读完了所有的数据，就需要清空缓冲区，让它可以再次被写入。有两种方式能清空缓冲区：调用clear()或compact()方法。clear()方法会清空整个缓冲区。compact()方法只会清除已经读过的数据。任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处，新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面。
public class ByteBufferDemo {
public static void main(String[] args) {
String str = "helloword";
//分配缓冲区
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
//写入数据
buf.put(str.getBytes());
//更改模式
buf.flip();
//一次一个
//buf.get();
//读取数据（一次多个）
byte[] data = new byte[buf.limit()];
buf.get(data);
System.out.println(new String(data));
//清空缓冲区
buf.clear();
}
}
Buffer的capacity,position和limit
缓冲区本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。
为了理解Buffer的工作原理，需要熟悉它的三个属性：
- capacity
- position
- limit
position和limit的含义取决于Buffer处在读模式还是写模式。不管Buffer处在什么模式，capacity的含义总是一样的。
这里有一个关于capacity，position和limit在读写模式中的说明。
capacity
作为一个内存块，Buffer有一个固定的大小值，也叫“capacity”.你只能往里写capacity个byte、long，char等类型。一旦Buffer满了，需要将其清空（通过读数据或者清除数据）才能继续写数据往里写数据。
position
当你写数据到Buffer中时，position表示当前的位置。初始的position值为0.当一个byte、long等数据写到Buffer后， position会向前移动到下一个可插入数据的Buffer单元。position最大可为capacity.
当读取数据时，也是从某个特定位置读。当将Buffer从写模式切换到读模式，position会被重置为0. 当从Buffer的position处读取数据时，position向前移动到下一个可读的位置。
limit
在写模式下，Buffer的limit表示你最多能往Buffer里写多少数据。 写模式下，limit等于Buffer的capacity。
当切换Buffer到读模式时， limit表示你最多能读到多少数据。因此，当切换Buffer到读模式时，limit会被设置成写模式下的position值。换句话说，你能读到之前写入的所有数据（limit被设置成已写数据的数量，这个值在写模式下就是position）
Buffer
要想获得一个Buffer对象首先要进行分配。 每一个Buffer类都有一个allocate方法。下面是一个分配1024字节capacity的ByteBuffer的例子。
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);//创建间接缓冲区
ByteBuffer buf2 = ByteBuffer.allocateDirect(1024);//创建直接缓冲区
直接缓冲区和间接缓冲区的区别：
间接缓冲区：在堆中开辟，易于管理，垃圾回收器可以回收，空间有限，读写文件速度较慢。
直接缓冲区：不在堆中，物理内存中开辟空间，空间比较大，读写文件速度快，缺点：不受垃圾回收器控制，创建和销毁耗性能。
向Buffer中写数据
写数据到Buffer有两种方式：
- 从Channel写到Buffer。
- 通过Buffer的put()方法写到Buffer里。
从Channel写到Buffer的例子
通过put方法写Buffer的例子：
buf.put(127);
put方法有很多版本，允许你以不同的方式把数据写入到Buffer中。例如， 写到一个指定的位置，或者把一个字节数组写入到Buffer。 更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。
flip()方法
flip方法将Buffer从写模式切换到读模式。调用flip()方法会将position设回0，并将limit设置成之前position的值。
换句话说，position现在用于标记读的位置，limit表示之前写进了多少个byte、char等 —— 现在能读取多少个byte、char等。
从Buffer中读取数据
从Buffer中读取数据有两种方式：
- 从Buffer读取数据到Channel。
- 使用get()方法从Buffer中读取数据。
使用get()方法从Buffer中读取数据的例子
byte aByte = buf.get();
get方法有很多版本，允许你以不同的方式从Buffer中读取数据。例如，从指定position读取，或者从Buffer中读取数据到字节数组。更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。
rewind()方法
Buffer.rewind()将position设回0，所以你可以重读Buffer中的所有数据。limit保持不变，仍然表示能从Buffer中读取多少个元素（byte、char等）。
clear()与compact()方法
一旦读完Buffer中的数据，需要让Buffer准备好再次被写入。可以通过clear()或compact()方法来完成。
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中有一些未读的数据，调用clear()方法，数据将“被遗忘”，意味着不再有任何标记会告诉你哪些数据被读过，哪些还没有。
如果Buffer中仍有未读的数据，且后续还需要这些数据，但是此时想要先写些数据，那么使用compact()方法。
compact()方法将所有未读的数据拷贝到Buffer起始处。然后将position设到最后一个未读元素正后面。limit属性依然像clear()方法一样，设置成capacity。现在Buffer准备好写数据了，但是不会覆盖未读的数据。
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：
buffer.mark(); //添加标记
buffer.reset();//恢复到标记位置