庖丁解牛：NIO核心概念与机制详解 02 _ 缓冲区的细节实现

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庖丁解牛：NIO核心概念与机制详解 01

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接下来我们来看下缓冲区内部细节

Overview

接下来将介绍 NIO 中两个重要的缓冲区组件：状态变量和访问方法 (accessor)

状态变量是"内部统计机制"的关键。每一个读/写操作都会改变缓冲区的状态。通过记录和跟踪这些变化，缓冲区就可能够内部地管理自己的资源。

在从通道读取数据时，数据被放入到缓冲区。在有些情况下，可以将这个缓冲区直接写入另一个通道，但是在一般情况下，您还需要

• 查看数据。这是使用 访问方法 get() 来完成的。
• 同样，如果要将原始数据放入缓冲区中，就要使用访问方法 put()。

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状态变量

概述

可以用三个值指定缓冲区在任意时刻的状态：

• position
• limit
• capacity

这三个变量一起可以跟踪缓冲区的状态和它所包含的数据。

我们将详细分析每一个变量，还要介绍它们如何适应典型的读/写(输入/输出)进程。在这个例子中，我们假定要将数据从一个输入通道拷贝到一个输出通道。

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Position

可以回想一下，缓冲区实际上就是美化了的数组。在从通道读取时，将所读取的数据放到底层的数组中。 position 变量跟踪已经写了多少数据。更准确地说，它指定了下一个字节将放到数组的哪一个元素中。

因此，如果从通道中读三个字节到缓冲区中，那么缓冲区的 position 将会设置为3，指向数组中第四个元素。

同样，在写入通道时，是从缓冲区中获取数据。 position 值跟踪从缓冲区中获取了多少数据。更准确地说，它指定下一个字节来自数组的哪一个元素。因此如果从缓冲区写了5个字节到通道中，那么缓冲区的 position 将被设置为5，指向数组的第六个元素。

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Limit

limit 变量表明还有多少数据需要取出(在从缓冲区写入通道时)，或者还有多少空间可以放入数据(在从通道读入缓冲区时)。

position 总是小于或者等于 limit。

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Capacity

缓冲区的 capacity 表明可以储存在缓冲区中的最大数据容量。实际上，它指定了底层数组的大小 ― 或者至少是指定了准许我们使用的底层数组的容量。

limit 决不能大于 capacity。

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演示： 观察变量

我们首先观察一个新创建的缓冲区。 我们假设这个缓冲区的 总容量 为8个字节。

图给你画好了，戳这里

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访问方法

到目前为止，我们只是使用缓冲区将数据从一个通道转移到另一个通道。然而，程序经常需要直接处理数据。例如，可能需要将用户数据保存到磁盘。在这种情况下，必须将这些数据直接放入缓冲区，然后用通道将缓冲区写入磁盘。

或者，可能想要从磁盘读取用户数据。在这种情况下，要将数据从通道读到缓冲区中，然后检查缓冲区中的数据。

get() 方法

ByteBuffer 类中有四个 get() 方法：

1）byte get();
2）ByteBuffer get( byte dst[] );
3）ByteBuffer get( byte dst[], int offset, int length );
4）byte get( int index );

• 第一个方法获取单个字节。
• 第二和第三个方法将一组字节读到一个数组中。
• 第四个方法从缓冲区中的特定位置获取字节。

那些返回 ByteBuffer 的方法只是返回调用它们的缓冲区的 this 值。

此外，我们认为前三个 get() 方法是相对的，而最后一个方法是绝对的。 相对 意味着 get() 操作服从 limit 和 position 值 ― 更明确地说，字节是从当前 position 读取的，而 position 在 get 之后会增加。

另一方面，一个 绝对 方法会忽略 limit 和 position 值，也不会影响它们。事实上，它完全绕过了缓冲区的统计方法。

上面列出的方法对应于 ByteBuffer 类。其他类有等价的 get() 方法，这些方法除了不是处理字节外，其它方面是是完全一样的，它们处理的是与该缓冲区类相适应的类型。

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put()方法

ByteBuffer 类中有五个 put() 方法：

1）ByteBuffer put( byte b );
2）ByteBuffer put( byte src[] );
3）ByteBuffer put( byte src[], int offset, int length );
4）ByteBuffer put( ByteBuffer src );
5）ByteBuffer put( int index, byte b );

• 第一个方法 写入（put） 单个字节。
• 第二和第三个方法写入来自一个数组的一组字节。
• 第四个方法将数据从一个给定的源 ByteBuffer 写入这个 ByteBuffer。
• 第五个方法将字节写入缓冲区中特定的 位置 。那些返回 ByteBuffer 的方法只是返回调用它们的缓冲区的 this 值。

与 get() 方法一样，我们将把 put() 方法划分为 相对 或者 绝对 的。前四个方法是相对的，而第五个方法是绝对的。

上面显示的方法对应于 ByteBuffer 类。其他类有等价的 put() 方法，这些方法除了不是处理字节之外，其它方面是完全一样的。它们处理的是与该缓冲区类相适应的类型。

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类型化的 get() 和 put() 方法

除了前些小节中描述的 get() 和 put() 方法， ByteBuffer 还有用于读写不同类型的值的其他方法。

如下所示：

getByte()
getChar()
getShort()
getInt()
getLong()
getFloat()
getDouble()
putByte()
putChar()
putShort()
putInt()
putLong()
putFloat()
putDouble()

事实上，这其中的每个方法都有两种类型 ― 一种是相对的，另一种是绝对的。它们对于读取格式化的二进制数据（如图像文件的头部）很有用。

举个栗子

public class TypesInByteBuffer
{
  static public void main( String args[] ) throws Exception {
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 64 );

    buffer.putInt( 30 );
    buffer.putLong( 7000000000000L );
    buffer.putDouble( Math.PI );

    buffer.flip();

    System.out.println( buffer.getInt() );
    System.out.println( buffer.getLong() );
    System.out.println( buffer.getDouble() );
  }
}

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缓冲区的使用：一个内部循环

下面的内部循环概括了使用缓冲区将数据从输入通道拷贝到输出通道的过程。

while (true) {
     buffer.clear();
     int r = fcin.read( buffer );
  
     if (r==-1) {
       break;
     }
  
     buffer.flip();
     fcout.write( buffer );
}

• read() 和 write() 调用得到了极大的简化，因为许多工作细节都由缓冲区完成了。
• clear() 和 flip() 方法用于让缓冲区在读和写之间切换。