28 Java学习之NIO Buffer(待补充）

Posted 2021-01-14 Hermioner

一. Buffer介绍

Buffer，故名思意，缓冲区，实际上是一个容器，是一个连续数组。Channel提供从文件、网络读取数据的渠道，但是读取或写入的数据都必须经由Buffer。具体看下面这张图就理解了：

　　上面的图描述了从一个客户端向服务端发送数据，然后服务端接收数据的过程。客户端发送数据时，必须先将数据存入Buffer中，然后将Buffer中的内容写入通道。服务端这边接收数据必须通过Channel将数据读入到Buffer中，然后再从Buffer中取出数据来处理。

Buffer本质上就是一块内存区，可以用来写入数据，并在稍后读取出来。这块内存被NIO Buffer包裹起来，对外提供一系列的读写方便开发的接口。

　　在NIO中，Buffer是一个顶层父类，它是一个抽象类，常用的Buffer的子类有：

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

　　如果是对于文件读写，上面几种Buffer都可能会用到。但是对于网络读写来说，用的最多的是ByteBuffer。

字节缓冲区和其他缓冲区类型最明显的不同在于，它们可能成为通道所执行I/O的源头或目标，如果对NIO有了解的朋友们一定知道，通道只接收ByteBuffer作为参数。如我们所知道的，操作系统在内存区域进行I/O操作，这些内存区域，就操作系统方面而言，是相连的字节序列。于是，毫无疑问，只有字节缓冲区有资格参与I/O操作

二. Buffer的属性

• capacity(容量)：buffer本质是一个数组，在初始化时有固定的大小，这个值就是容量。容量不可改变，一旦缓冲区满了，需要将其清空才能将继续进行读写操作。       

     ByteBuffer bf = ByteBuffer.allocate(10);  //创建了一个最大容量为10的字节缓冲区

• position(位置)：表示当前的位置，初始化时为0，当一个基本数据类型的数据写入buffer时，position会向前移动到下一个可插入数据的Buffer单元。position最大值可以是                              capacity-1。
• limit（限制）：在缓冲区写模式下，limit表示你最多能往Buffer里写多少数据，大小等于capacity；在缓冲区读模式下，limit表示能从缓冲区内读取到多少数据，因此，当切换Buffer到读模式时，limit会被设置成写模式下的position值。可以认为是缓冲区中实际元素的数量
• mark（标记）：一个备忘位置，调用mark()方法的话，mark值将存储当前position的值，等下次调用reset()方法时，会设定position的值为之前的标记值。

                          

 1 package com.test.a;
 2 
 3 import java.io.FileInputStream;
 4 import java.io.FileNotFoundException;
 5 import java.io.FileOutputStream;
 6 import java.io.IOException;
 7 import java.nio.ByteBuffer;
 8 import java.nio.channels.FileChannel;
 9 
10 public class Test {
11     public static void main(String[] args) throws IOException{
12         FileInputStream fileInputStream=new FileInputStream("C:\\\\Users\\\\hermioner\\\\Desktop\\\\in.txt");
13         FileChannel fileChannel=fileInputStream.getChannel();
14         
15         FileOutputStream fileOutputStream=new FileOutputStream("C:\\\\Users\\\\hermioner\\\\Desktop\\\\out.txt");
16         FileChannel fileChannel2=fileOutputStream.getChannel();
17         
18         //初始化缓冲区
19         ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(20);
20         System.out.println("通道文件的大小："+fileChannel.size());
21         System.out.println("缓冲区初始化时当前位置："+buffer.position());
22         System.out.println("缓冲区初始化时可写的限制："+buffer.limit());
23         System.out.println("------------循环开始---------");
24         
25         //判断通道内数据是否读取完成
26         while(-1 != fileChannel.read(buffer))
27         {
28             System.out.println("缓冲区写模式下当前位置："+buffer.position());
29             System.out.println("缓冲区写模式下的限制："+buffer.limit());
30             
31             //将缓冲区从写模式切换到读模式
32             buffer.flip();
33             System.out.println("缓冲区读模式下当前位置："+buffer.position());
34             System.out.println("缓冲区读模式下的限制："+buffer.limit());
35             
36             //判断缓冲区内是否还有数据可读取
37             while(buffer.hasRemaining()) {
38                 fileChannel2.write(buffer);
39             }
40             buffer.clear();
41         }
42         fileChannel.close();
43         fileChannel2.close();
44         fileOutputStream.close();
45         fileInputStream.close();
46 
47     }
48 }

View Code

1 通道文件的大小：13
2 缓冲区初始化时当前位置：0
3 缓冲区初始化时可写的限制：20
4 ------------循环开始---------
5 缓冲区写模式下当前位置：13
6 缓冲区写模式下的限制：20
7 缓冲区读模式下当前位置：0
8 缓冲区读模式下的限制：13

View Code

执行结果，out.txt文件中的内容和in.txt文件中的内容一样样，且为：

hello,

world

说明：可以看到，在缓冲区写模式下，limit的大小始终等于capacity；而在读模式下，limit等于模式切换前position的大小

position <= limit <= capacity

再举个例子，观察四个值得变化：

（1）创建一个容量大小为10的字节缓冲区

ByteBuffer bf = ByteBuffer.allocate(10);

此时：mark = -1; position = 0; limit =10 ; capacity = 10;

（2）往缓冲区中put五个字节

bf.put((byte)\'H\').put((byte)\'e\').put((byte)\'l\').put((byte)\'l\').put((byte)\'0\');

注意这里一个字符是占用两个字节的，但是英文字符只占用一个字节，所以这样是可以实现存储效果的。

此时：此时：mark = -1; position = 5; limit = 10; capacity = 10;

（3）调用flip方法，切换为读就绪状态

bf.flip();

此时：mark = -1; position = 0; limit = 5; capacity = 10;

（4）读取两个元素

System.out.println("" + (char) bf.get() + (char) bf.get());

此时：mark = -1; position = 2; limit = 5; capacity = 10;

（5）标记此时的position位置

bf.mark();

此时：mark = 2; position = 2; limit = 5; capacity = 10;

（6）读取两个元素后，恢复到之前mark的位置处

System.out.println("" + (char) bf.get() + (char) bf.get());
bf.reset();

执行完第二行代码：mark = 2; position = 2; limit = 5; capacity = 10;

 

 

（7）调用compact方法，释放已读取数据的空间，准备重新填充缓存区

bf.compact();

此时：mark = 2; position = 3; limit = 10; capacity = 10;

注意观察数组中元素的变化，实际上进行了数组拷贝，抛弃了已读字节元素，保留了未读字节元素；

三. Buffer中的重要方法

3.1 flip

buffer.flip()该方法是用于将缓冲区从写模式切换到读模式，这是一种固定写法

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

3.2 remaind方法

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

将position的位置设置为0，表示可以重新读取Buffer中的所有数据，limit保持不变。

3.3 clear方法

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

• 一旦完成对buffer中数据的读取，需要让buffer做好再次被写入的准备，这时候可以调用clear方法来完成。
• clear方法将position设置为0，limit设置为容量的值，也就意味着buffer被清空了，但是这个清空的概念是写入数据可以从缓冲区的指定位置开始，但buffer里面的数据并没有        删除。
• 如果buffer里面还有数据没有被读取，这个时候调用clear方法会导致那些数据被“遗忘”，因为没有标记告诉你哪些是读取过哪些没有被读取。

3.4 向buffer中写入数据

• 通过channel写入；
• 通过buffer的put方法写入：

buffer.put("channel".getBytes());

3.5 读取buffer中的数据

• 通过channel读取；
• 通过buffer的get方法读取：

byte b = buffer.get();

四. 利用Buffer读写数据，通常遵循四个步骤

• 把数据写入buffer；

• 调用flip；

• 从Buffer中读取数据；

• 调用buffer.clear()或者buffer.compact()。

当写入数据到buffer中时，buffer会记录已经写入的数据大小。当需要读数据时，通过 flip() 方法把buffer从写模式调整为读模式；在读模式下，可以读取所有已经写入的数据。

当读取完数据后，需要清空buffer，以满足后续写入操作。清空buffer有两种方式：调用 clear() 或 compact() 方法。clear会清空整个buffer，compact则只清空已读取的数据，未被读取的数据会被移动到buffer的开始位置，写入位置则近跟着未读数据之后。

 

参考文献：

https://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3919162.html

https://www.cnblogs.com/dongguacai/p/5812831.html

https://www.cnblogs.com/chenpi/p/6475510.html