NIO 之 ByteBuffer

Posted 2021-01-28 qfjavabd

　　前言

　　对于刚接触ByteBuffer人来说，想要完全理解会稍微有点困难，正巧前几天有人问我，想到好久没写文章，就整理一下。

　　概念理解

　　对于ByteBuffer的一些概念不理解的情况下，如果直接打开源码，硬啃，是一种方法，但是对于有些耐心不足的同学，恐怕坚持不下去。

　　第一点，ByteBuffer底层的存储结构就是数组，所有的操作都是基于数组的操作。数组有哪几个重要的属性呢?元素索引和数组长度。

　　

 

　　上面的图就简单的理解为一个数组。

　　既然ByteBuffer的存储结构为一个数组，那么就离不开索引位置和数组长度的概念。

　　mark(标记位)

　　position(当前位置)

　　limit(限定位置)

　　capacity(容量)

　　这四个概念是ByteBuffer数据操作的核心概念，只要把这四个的关系理清楚，那么在使用ByteBuffer的时候基本不会出现问题

　　基本读写状态

　　初始化状态

　　在初始的时候，这四个的相对位置，如下

　　

 

　　mark：默认为-1，即没有做任何的标记

　　position：当前位置为0

　　limit和capacity：默认这两个相同

　　写状态

　　在向ByteBuffer写入一个字节(put操作)的时候，相对位置如下

　　

 

　　mark：没有任何移动

　　position：写入一个字节，position++

　　limit和capacity：依然指向最后

　　写转读状态

　　在写入n个字节之后，位置如下

　　

 

　　此时调用flip操作，由写模式转为读模式，位置变化过程如下：

　　

 

　　写转读的时候，会先把limit指向position的位置，即在读模式下，limit表示可以读取多少个字节，其余(limit到capacity之间的)的是不可读的

　　position强制赋值为0，意味着可以从0索引处开始读取

　　【NOTE】 mark操作在上图没有体现，但是即使mark位置不在-1处，这里也会强制将mark设置为-1

　　读状态

　　通过get操作进行读取时，位置如下

　　

 

　　读取一个字节时，位置变化

　　mark：位置不变

　　position：向前移动一个位置

　　limit：位置不变，为读取上限，limit之后的内容不可读

　　capacity：位置不变，依然指向最后

　　操作状态

　　通过上面的基本读写操作，四个的相对位置变化规律已经可以基本理解ByteBuffer的读写操作是如何实现的了，下面再说一下具体的一些操作

　　读操作

　　读操作提供了三个方法

　　get() 相对读取，即读取当前position位置字节，读完之后position++

　　get(int index) 绝对读取，即读取index位置的字节，此时会对index进行检查，看index是否超过limit的限制，如果超过抛出IndexOutOfBoundsException;注意这时没有任何的位置移动

　　get(byte[] dst, int offset, int length)

　　dst 数据读入的地方，就是将字节从ByteBuffer中读到dst

　　offset 这个offset为dst的偏移量，不是ByteBuffer里面的offset(ByteBuffer里面也有一个offset，这里先忽略)，即数据读到dst的时候，从offset的位置开始存储

　　length 是要从ByteBuffer中读取多长的字节，即从position(当前)位置开始，读取length个字节到dst

　　这时，position的位置会加上length的长度;如果mark的位置比position大，那么将mark设置为-1

　　写操作

　　写操作提供了四个方法

　　put(byte b) 相对写入，向position的位置写入一个字节，position++

　　put(int index, byte b) 绝对写入，向索引为index的位置写入数据b，没有任何的位置移动

　　put(ByteBuffer src) 相对写

　　这个首先要知道，这个操作是将src中的内容写入到调用的这个ByteBuffer中去，可能有人容易混淆

　　这里并不是将src所有的数据写入，而是讲src中可读的部分(即src中position到limit的部分)写入

　　这个src不是是调用者自身，否则会报错

　　如果src可读部分的长度大于了该ByteBuffer的剩余的长度，抛出BufferOverflowException

　　将src读出来的同时，也会变好src的position

　　将此ByteBuffer的position加上src可读部分的长度

　　这时，position的位置会加上length的长度;如果mark的位置比position大，那么将mark设置为-1

　　put(byte[] src, int offset, int length)

　　src 要写入的字节数组

　　offset 这个offset也是src的offset，即从src的offset的位置开始

　　length 这个length是要读取src的长度，即从src的offset的位置开始读取，读取length长度的字节到ByteBuffer中，此时position会加length

　　标记操作

　　标记操作，就一个公共方法mark()

　　mark() 将mark的位置设置为position的位置，如果position比mark小，mark会被设置为-1

　　重置到标记操作

　　reset() 把position设置为mark的位置，回到之前做标记的地方，如果mark小于0，抛异常InvalidMarkException

　　重置到初始操作

　　rewind() 与reset类似，是将状态重置，但是reset只能重置到mark标记过的位置，而rewind是将mark=-1，position设置为0

　　清除操作

　　clear() 不知道叫清除操作是否合适，这里clear的并不是数组里面的数据，而是将这四个的位置恢复初始化的状态。position=0，mark=-1，limit=capacity。此时ByteBuffer数组中的内容依然存在，但是数据的准确性并无法保证。所以在调用clear方法的时候，一定要清楚的知道自己的操作是否合理

　　写转读操作

　　flip() 该操作在上面已经介绍过了

　　限制操作

　　提供了两个方法，limit()和limit(int newLimit)

　　limit() 该操作其实没有实际操作，就是获取当前limit的位置

　　limit(newLimit) 该操作是重新设置一个limit的操作，如果比capacity大，那么异常，如果newLimit比position小，那么position会设置为newLimit的位置

　　获取未读容量操作

　　remaining() 获取剩余可读容量，即limit - position

　　hasRemaining() 返回是否有未读内容

　　压缩整理操作

　　compact() 将还没有读取的内容移动到开头的位置，即把position到limit的内容移动到从0开始，然后把position设置为未读内容长度的位置，limit设置为capacity的位置

　　实例化

　　ByteBuffer的基本操作基本已经介绍完了，那么ByteBuffer如何初始化呢?

　　从源码可以看出来ByteBuffer是一个抽象类，所以，不能被实例化。但是提供了四个静态方法

　　allocate(int capacity)

　　在堆上分配一个容量为capacity的数组作为存储容器

　　ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

　　allocateDirect(int capacity)

　　不是在虚拟机堆上创建，而是分配的操作系统的直接内存，这样能更进一步提升io的性能，但是，分配直接内存的开销很大，所以只有在缓冲区需要长时间存在的情况下，使用这种初始化方式会更加优秀

　　ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);

　　wrap(byte[] array)

　　相当于allocate操作，只不过，allocate是在ByteBuffer内容创建了一个字节数组用于存储数据，而wrap(byte[] array) 是在ByteBuffer外面创建了一个字节数组，用于存储存储数据，无论是直接操作array亦或是操作ByteBuffer都会更改存储值

　　wrap(byte[] array, int offset, int length)

　　在wrap(byte[] array) 的基础上指定offset和length。offset就是position，length读取的长度

　　其他

　　除了ByteBuffer之外，还提供了除Boolean之外的其他缓存类，使用方法基本相同

 

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