通俗编程——白话NIO之Buffer

Posted 2020-09-25 clnchanpin

Buffer简单介绍

Buffer意为缓冲区。其本质上就是是一块可写入数据，然后能够从中读取数据的内存区域。通过该种方式有助于降低系统开销和提高外设效率。对于缓冲区我们早有所了解，比方在C中标准I/O中的read,write直接调用系统的输入输出。而scanf和printf则借助缓冲区在适当的时候调用read。write操作。在NIO中，为了方便对缓冲区的操作。jAVA设计者将缓冲区封装为Buffer（实际上就是封装了基本数据元素的数组），并提供对应的方法对其操作。

在開始之前，首先须要明确下面几个概念：

• 读模式和写模式
• Buffer的capacity
• Buffer的position
• Buffer的limit

读模式和写模式

对于一块内存区而言，将数据写入该区域的过程称之为写模式。反之，称之为读模式。

capacity

该内存的大小即数组的的容量称为Buffer的capacity。一旦Buffer满了，你须要将其清空才干继续写入数据。

position

Buffer当前游标的位置称为position。在写模式下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 – 1。当将Buffer从写模式切换到读模式，position会先被重置为0，然后当从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全部数据（limit被设置成已写数据的数量，这个值在写模式下就是position）

我们用一张图来大体的概括：

---

Buffer使用

Buffer的使用过程大体遵循下面步骤：
分配缓存大小——>写数据到Buffer——>调用其filp()——>从Buffer读取数据——>调用clear（）或者compact（）。

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，须要通过flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式。在读模式下。能够读取之前写入到buffer的全部数据。一旦读完了全部的数据。就须要清空缓冲区，让它能够再次被写入。

1. 创建Buffer

通过allocate（）或者通过wrap（）方法

  ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocate(48)

  Byte[] bytes=new Byte[1024];
  //通过该种方式将生成一个limit=capacity=bytes.length的新缓存区，假设bytes里含有数据，则会用该数据填充缓冲区。要注意的是通过该种方式创建的ByteBuffer其position初始值是0.
  ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.wrap(bytes);

2. 向Buffer中写数据

通过Channel的read方法。将数据写到Buffer
通过Buffer自身的put()方法

int bytesRead=fileChannel.read(byteBuffer);
byteBuffer.put(2);

3. 通过filp（）进行模式转换

flip方法将Buffer从写模式切换到读模式。调用flip()方法会首先将limit的值设为当前position的值。然后将position设为0。相当运行了下面语句：
limit=position;
position=0;

换句话说，position如今用于标记读的位置，limit表示之前写进了多少个byte、char等 —— 如今能读取多少个byte、char等。

4. 读取Buffer的数据

从Buffer读取数据到Channel
使用Buffer的get（）方法读取Buffer的数据

5. 重读buffer中的数据

Buffer.rewind()将position设回0，所以你能够重读Buffer中的全部数据。limit保持不变，仍然表示能从Buffer中读取多少个元素（byte、char等）。

6. 清空Buffer

一旦读完Buffer中的数据，须要让Buffer准备好再次被写入。能够通过clear()或compact()方法来完毕。
假设调用的是clear()方法，position将被设回0，limit被设置成 capacity的值。换句话说，Buffer相当于 被清空了（实际上Buffer中的内容并未真正被清空，此时假设调用rewind()或者设置position=0仍然可读取旧的数据）。

该方法实际上仅仅是重设了position和limit的值。进而告诉我们能够从哪里開始往Buffer里写数据。
假设Buffer中有一些未读的数据，调用clear()方法，数据将“被遗忘”，意味着不再有不论什么标记会告诉你哪些数据被读过。哪些还没有。

假设Buffer中仍有未读的数据。且兴许还须要这些数据，可是此时想要先先写些数据。那么使用compact()方法。
compact()方法将全部未读的数据复制到Buffer起始处。

然后将position设到最后一个未读元素正后面。limit属性依旧像clear()方法一样，设置成capacity。如今Buffer准备好写数据了，可是不会覆盖未读的数据。

7. 通过mark（）标记position位置。在进行其它操作后可通过reset（） 方法恢复到标记的position

buffer.mark()
...
buffer.reset()

---

Buffer完整演示样例

public class testBuffer {
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 分配空间 隐含地在内存中分配了一个byte型数组来存储10个byte
         */
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
        /**
         * 填充元素 buffer.hasRemaining()用于推断缓冲区是否达到上界limit。 该填充过程等效于：int remainCount = buffer.remaining();for (int j = 0; j < remainCount;
         * j++){buffer.put((byte) j++);}
         */
        int i = 0;
        while (buffer.hasRemaining()) {
            buffer.put((byte) i++);
        }
        /**
         * 翻转缓冲区 将缓冲区进行翻转操作，即在缓冲区写入完毕时，将缓冲区翻转成一个准备读出元素的状态。 flip操作等效于buffer.limit(buffer.position()).position(0);同一时候将mark设为-1。 源代码例如以下：public final Buffer
         * flip(){ limit = position;position = 0;mark = -1;return this;}
         */
        buffer.flip();
        /**
         * 读取缓冲区
         */
        int remainCount = buffer.remaining();
        for (int j = 0; j < remainCount; j++) {
            System.out.print(buffer.get() + " ");
        }
        System.out.println();

        /**
         * 字节顺序
         */
        System.out.println("ByteOrder的字节顺序为：" + ByteOrder.nativeOrder());
        System.out.println("ByteBuffer的字节顺序为：" + buffer.order());
        CharBuffer charBuffer = CharBuffer.allocate(10);
        System.out.println("CharBuffer的字节顺序为：" + charBuffer.order());
        // 改动ButyBuffer的字节顺序
        buffer.order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN);
        System.out.println("ByteBuffer的字节顺序为：" + buffer.order());

        /**
         * 仅仅有ByteBuffer能够创建直接缓冲区，用wrap函数创建的缓冲区都是非直接的缓冲区
         */
        ByteBuffer redirectByteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(10);
        System.out.println("推断缓冲区是否为直接缓冲区：" + redirectByteBuffer.isDirect());

        /**
         * 先创建一个大端字节顺序的ByteBuffer。然后再创建一个字符视图缓冲区
         */
        ByteBuffer bigByteBuffer = ByteBuffer.allocate(7).order(ByteOrder.BIG_ENDIAN);
        CharBuffer viewCharBuffer = bigByteBuffer.asCharBuffer();

        viewCharBuffer.put("你好啊");
        /**
         * 在字符视图的基础上创建仅仅读字符视图,仅仅能读而不能写，否则抛出ReadOnlyBufferException
         */
        CharBuffer onlyReadCharBuffer = viewCharBuffer.asReadOnlyBuffer();

        viewCharBuffer.flip();
        System.out.println("asCharBuffer()--->position=" + viewCharBuffer.position() + ",limit=" + viewCharBuffer.limit());
        while (viewCharBuffer.hasRemaining()) {
            System.out.println((char) viewCharBuffer.get());
        }

        /**
         * 创建一个与原始缓冲区类似的新缓冲区，两个缓冲区共享数据元素，拥有相同的容量，但每一个缓冲区拥有各自的位置、上界、标记属性。 对一个缓冲区的数据元素所做的改变会反映在还有一个缓冲区上。新的缓冲区会继承原始缓冲区的这些属性。

         */
        CharBuffer copyCharBuffer = viewCharBuffer.duplicate();
        System.out.println("duplicate()--->position=" + copyCharBuffer.position() + ",limit=" + copyCharBuffer.limit());
        copyCharBuffer.position(2);
        while (copyCharBuffer.hasRemaining()) {
            System.out.println((char) copyCharBuffer.get());
        }

        /**
         * 创建原始缓冲区子集的新缓冲区,新缓冲区的内容将从该缓冲区的当前位置開始。对这个缓冲区的内容做出的改变将在反映在新的缓冲区上,可见,反之亦然;这两个缓冲区的位置、限制和标记值将是独立的。
         */
        viewCharBuffer.position(1);
        CharBuffer cutCharBuffer = viewCharBuffer.slice();
        System.out.println("slice()--->position=" + cutCharBuffer.position() + ",limit=" + cutCharBuffer.limit()+",capacity="+cutCharBuffer.capacity());
        while (cutCharBuffer.hasRemaining()) {
            System.out.println((char) cutCharBuffer.get());
        }

    }
}

---