Java NIO 教程(三) Buffer

参考:http://ifeve.com/buffers/
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Java NIO中的Buffer用于和NIO通道进行交互。如你所知,数据是从通道读入缓冲区,从缓冲区写入到通道中的。

缓冲区本质上是一块可以写入数据,然后可以从中读取数据的内存。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。

Buffer的基本用法

使用Buffer读写数据一般遵循以下四个步骤:

  1. 写入数据到Buffer
  2. 调用flip()方法
  3. Buffer中读取数据
  4. 调用clear()方法或者compact()方法

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,需要通过flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式。在读模式下,可以读取之前写入到buffer的所有数据。

一旦读完了所有的数据,就需要清空缓冲区,让它可以再次被写入。有两种方式能清空缓冲区:调用clear()compact()方法。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。

下面是一个使用Buffer的例子:

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

//创建容量为48byte的buffer
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buf); //读取数据,放入buffer
while (bytesRead != -1) {

  buf.flip();  //设置buffer切换模式为读模式

  while(buf.hasRemaining()){
      System.out.print((char) buf.get()); // 每次读取1byte,也就是一个字节
  }

  buf.clear(); //清空buffer,准备再次写入
  bytesRead = inChannel.read(buf);
}
aFile.close();

Buffer的capacity,position和limit

缓冲区本质上是一块可以写入数据,然后可以从中读取数据的内存。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。

为了理解Buffer的工作原理,需要熟悉它的三个属性:

  • capacity 容量
  • position 位置
  • limit 限制

positionlimit的含义取决于Buffer处在读模式还是写模式。不管Buffer处在什么模式,capacity的含义总是一样的。

这里有一个关于capacitypositionlimit在读写模式中的说明,详细的解释在插图后面。

capacity

作为一个内存块,Buffer有一个固定的大小值,也叫“capacity”.你只能往里写capacitybytelongchar等类型数据。一旦Buffer满了,需要将其清空(通过读数据或者清除数据)才能继续往里写数据。

position

当你写数据到Buffer中时,position表示当前的位置。初始的position值为0。当一个bytelong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.

当读取数据时,也是从某个特定位置读。当将Buffer从写模式切换到读模式,position会被重置为0. 当从Bufferposition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,Bufferlimit表示你最多能往Buffer里写多少数据。 写模式下,limit等于Buffercapacity

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

Buffer的类型

Java NIO 有以下Buffer类型

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

如你所见,这些Buffer类型代表了不同的数据类型。换句话说,就是可以通过charshortintlongfloatdouble类型来操作缓冲区中的字节。

MappedByteBuffer有些特别,在涉及它的专门章节中再讲。

Buffer的分配

要想获得一个Buffer对象首先要进行分配。 每一个Buffer类都有一个allocate方法。下面是一个分配48字节capacityByteBuffer的例子。

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

这是分配一个可存储1024个字符的CharBuffer

CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

向Buffer中写数据

写数据到Buffer有两种方式:

  1. Channel写到Buffer
  2. 通过Bufferput()方法写到Buffer里。

从Channel写到Buffer的例子

int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.

通过put方法写Buffer的例子:

buf.put(127);

put方法有很多版本,允许你以不同的方式把数据写入到Buffer中。例如, 写到一个指定的位置,或者把一个字节数组写入到Buffer。 更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。

flip()方法

flip方法将Buffer从写模式切换到读模式。调用flip()方法会将position设回0,并将limit设置成之前position的值。

换句话说,position现在用于标记读的位置,limit表示之前写进了多少个bytechar等 —— 现在能读取多少个bytechar等。

从Buffer中读取数据

Buffer中读取数据有两种方式:

  1. Buffer读取数据到Channel
  2. 使用get()方法从Buffer中读取数据。

Buffer读取数据到Channel的例子:

//从buffer中读取数据到channel.
int bytesWritten = inChannel.write(buf);

使用get()方法从Buffer中读取数据的例子

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。更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。

rewind()方法

Buffer.rewind()position设回0,所以你可以重读Buffer中的所有数据。limit保持不变,仍然表示能从Buffer中读取多少个元素(bytechar等)。

clear()与compact()方法

一旦读完Buffer中的数据,需要让Buffer准备好再次被写入。可以通过clear()compact()方法来完成。

如果调用的是clear()方法,position将被设回0,limit被设置成 capacity的值。换句话说,Buffer 被清空了。Buffer中的数据并未清除,只是这些标记告诉我们可以从哪里开始往Buffer里写数据。

如果Buffer中有一些未读的数据,调用clear()方法,数据将“被遗忘”,意味着不再有任何标记会告诉你哪些数据被读过,哪些还没有。

如果Buffer中仍有未读的数据,且后续还需要这些数据,但是此时想要先写些数据,那么使用compact()方法。

compact()方法将所有未读的数据拷贝到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,但是不会覆盖未读的数据。

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();

//调用几次buffer.get()方法。例如在解析过程中

buffer.reset();  //设置position恢复到标记的位置.

equals()与compareTo()方法

可以使用equals()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(bytecharint等)。
  2. Buffer中剩余的bytechar等的个数相等。
  3. Buffer中所有剩余的bytechar等都相同。

如你所见,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()方法

compareTo()方法比较两个Buffer的剩余元素(bytechar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)。

(译注:剩余元素是从 position到limit之间的元素)

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