阿里P8大佬通宵整理!解锁Java NIO的ByteBuf全部使用姿势!

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了阿里P8大佬通宵整理!解锁Java NIO的ByteBuf全部使用姿势!相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

NIO中的Buffer用于和NIO Channel交互。
数据是从Channel读入Buffer,从Buffer写入Channel。

Buffer本质上是块可以写入数据,然后可从中读数据的内存。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。

NIO数据传输基于buffer(java.nio.Buffer及相关类)。这些类表示连续的内存范围,以及少量的数据传输操作。尽管从理论上讲,这些是通用数据结构,但实现可以选择用于对齐或分页特性的内存,而这些内存在Java中是无法访问的。
通常,这将用于允许缓冲区内容占用os用于其本地I/O操作的相同物理内存,从而允许最直接的传输机制,并消除了任何其他复制的需要。在大多数os中,只要特定的内存区域具有正确的属性,就可以在不使用CPU情况下进行传输。为了支持这些目标,有意限制了NIO Buffer的功能。

除布尔值外,其他所有Java基本类型都有缓冲区类,布尔型可以与字节缓冲区共享内存并允许对底层字节进行任意解释。

1 基本用法

使用Buffer读写数据一般遵循如下步骤:

  1. 写数据到Buffer
  2. 调用buffer.flip()
  3. 从Buffer中读数据
  4. 调用clear()或compact()

当向buffer写数据时,buffer会记录写了多少数据。一旦要读取数据,需通过flip()将Buffer从写模式切到读模式
读模式下,可读之前写到buffer的所有数据。

一旦读完数据,就需清空缓冲区,让它可以再次被写入。
有两种方式能清空缓冲区:

  • 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。

2 使用Buffer的案例

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

// 创建容量为48字节的缓冲区
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
// 读进buffer里去 从此Channel将字节序列读取到给定的buffer
int bytesRead = inChannel.read(buf);
while (bytesRead != -1) {
  // make buffer ready for read	
  buf.flip();
  while(buf.hasRemaining()) {
  	  // read 1 byte at a time	
      System.out.print((char) buf.get());
  }
  // make buffer ready for writing	
  buf.clear();
  bytesRead = inChannel.read(buf);
}
aFile.close();

3 Buffer的capacity、position和limit

3.1 capacity

作为一个内存块,Buffer有个固定大小,即capacity
你只能往里写capacity个byte、long,char等。一旦Buffer满,需将其清空(通过读或清除数据)才能继续往里写数据。

3.2 position

取决于Buffer处在读还是写模式:

  • 写数据到Buffer时,position表示当前位置。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。所以position最大可为capacity–1。
  • 读数据时,也是从某特定位置读。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。

3.3 limit

  • 写模式
    最多能往Buffer写多少数据,所以此时limit=capacity
  • 读模式
    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。即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)。

4 Buffer的类型

  • Java NIO Buffer有如下类型

这些Buffer类型代表了不同的数据类型,即可通过这些类型来操作缓冲区中的字节。

5 Buffer的分配

要想获得一个Buffer对象首先要进行分配。 每个Buffer类都有一个allocate方法。

分配48字节capacity的ByteBuffer的例子。

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

分配一个可存储1024个字符的CharBuffer:

CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

6 向Buffer中写数据

写数据到Buffer有两种方式:

  1. 从Channel写到Buffer
// read into buffer.
int bytesRead = inChannel.read(buf);
  1. 通过Buffer的put()方法写到Buffer
buf.put(127);

7 从Buffer读数据

两种方式:

  1. 从Buffer读取数据到Channel。
int bytesWritten = inChannel.write(buf);
  1. 使用get()方法从Buffer中读取数据。
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。

8 核心 API

flip()

将Buffer从写模式切换到读模式

  • limit置成之前的position
    在写操作完成后需要进行读操作时,需要将limit设置为position标记有写到哪了
  • position置0
    而将position 重新移到0,这样就可以读取到所有的写入数据

所以读模式下的角色转变:

  • position现在用于标记读的位置(从0开始)
  • 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

rewind()


position置0:可重读Buffer中的所有数据
limit不变,仍表示能从Buffer中读取多少个元素

clear() && compact()

读完Buffer中的数据后,需要让Buffer准备再次被写入。
这通过clear()或compact()完成。

clear()


position置0
limit置成 capacity 的值
即 Buffer 被清空。

Buffer中的数据并未清除,只是这些标识位告诉我们可以从哪开始往Buffer写数据。

若Buffer中尚有未读数据,调用clear(),数据将“被遗忘”,即不再有任何标记会告诉你哪些数据被读过,哪些还没有。
若Buffer中仍有未读的数据且后续还想读这些数据,但你需要先写一些数据,那么使用compact()。

compact()

将所有未读数据拷贝到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,但不会覆盖未读数据

ByteBuf 的状态图

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();
// call buffer.get() a couple of times, e.g. during parsing.
buffer.reset(); 

equals()与compareTo()方法

可以使用equals()和compareTo()方法比较两个Buffer。

equals()

当满足下列条件时,表示两个Buffer相等:

  1. 有相同的类型(byte、char、int等)
  2. Buffer中剩余的byte、char等的个数相等
  3. Buffer中所有剩余的byte、char等都相同。

equals只是比较Buffer的一部分,不是每一个在它里面的元素都比较。实际上,它只比较Buffer中的剩余元素。

compareTo()

compareTo()方法比较两个Buffer的剩余元素(byte、char等), 如果满足下列条件,则认为一个Buffer“小于”另一个Buffer:

  1. 第一个不相等的元素小于另一个Buffer中对应的元素
  2. 所有元素都相等,但第一个Buffer比另一个先耗尽(第一个Buffer的元素个数比另一个少)。

剩余元素是从 position到limit之间的元素。

参考

  • http://tutorials.jenkov.com/java-nio/buffers.html
  • 《Java的事件驱动网络编程》

以上是关于阿里P8大佬通宵整理!解锁Java NIO的ByteBuf全部使用姿势!的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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