Java NIO Buffer

   Java NIO Buffer用来进行Channel之间的交互,如之前的文章所述,数据是从Channel读入Buffer,再从Buffer写入Channel中。

   一个Buffer实质上就是一个可以写入数据,然后从中读出数据的内存块,这个内存块被包装成一个NIO的Buffer对象,这个对象提供了一系列方法来使得处理内存块更加简单。

基础的Buffer用法:

   使用一个Buffer来读取和写入数据通常遵循如下四个步骤:

1、写数据到Buffer
2、调用Buffer的flip()方法
3、从Buffer中读出数据
4、调用Buffer的clear()或者compact()方法

   当写数据到Buffer中时,Buffer会追踪已经写入的数据量。一旦你要读取数据的时候,你需要通过调用flip()将Buffer的模式从写入模式切换为读取模式。在读取模式下,你可以读取已写入到Buffer中的所有数据。

   一旦你已经读取所有的数据,你需要清理Buffer来进行再次的写入。你可以通过两种方式来实现:调用clear()方法或者调用compact()方法。clear()方法清理整个Buffer的的数据,而compact()方法仅清理已经读取过的数据,未读取的数据将移入Buffer的开始位置,新写入的数据将追加到未读取的数据后边。

   下面是一个Buffer的用例:

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

//创建容量为48 bytes 的Buffer
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buf); //读取数据到Buffer中
while (bytesRead != -1) {

  buf.flip();  //切换Buffer为读取模式

  while(buf.hasRemaining()){
      System.out.print((char) buf.get()); // 每次读取1byte的数据
  }

  buf.clear(); //将Buffer切换为写入模式
  bytesRead = inChannel.read(buf);
}
aFile.close();

Buffer的容量、位置和限制(Capacity、Position和Limit)

   想要理解一个Buffer是如何工作的,你需要熟悉Buffer的三个属性:

Capacity
Position
Limit

   Position和Limit的含义与Buffer处于读取状态还是写入状态有关,而Capacity则是无论处于读取状态还是写入状态都是一样的。
   下面是写入模式和读取模式下Capacity、Position和Limit的说明:


buffers-modes.png

Capacity

   作为一个内存块,一个Buffer有一个确定的固定大小,也称作capacity。你只能写入这个大小的byte、long、char等数据。一旦Buffer满了,你就需要清理掉才能重新写入数据。

Position

   当你将数据写入Buffer时,你是在一个确定的position写入的,这个position的初始值是0,当一个byte、long等数据写入这个Buffer之后,这个position也会随着改变,指向即将要写入数据的位置,position的最大值是capacity - 1。

   当你从Buffer中读取数据时,你也要从一个给定的position中读取,当你将一个Buffer从写入模式切换为读取模式的时候,这个position就会重置为0,你读取的数据也是从这个position的位置开始读取,position将指向下一个要读取的位置。

Limit

   在写入模式下,Buffer的limit就是你可以写入的最大数据限制,在写入模式下limit与Buffer的capacity相等。
   当切换为读取模式的时候,limit就是你可以读取的最大数据量。因此,当切换一个Buffer为读取模式的时候,limit就会被置为写入模式下的position值。换句话说,你可以读取跟你写入一样多的数据量(你可以读取所有你写入的数据)。

Buffer的类型

   Java NIO有一些几种类型:

ByteBuffer
MappedByteBuffer
CharBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
IntBuffer
LongBuffer
ShortBuffer
   如你所见,这些Buffer类型代表着不同的数据类型。换句话说,他们允许你使用这些类型来处理Buffer中的char、short、int、long、float和short类型数据。

   MappedByteBuffer有点特殊,我们将在专门的章节中来介绍。

分配Buffer

   为了获取一个Buffer对象,你首先要分配它。每个Buffer类有一个allocate()方法来处理分配Buffer。
   下面是一个分配一个容量为48byte的ByteBuffer例子。

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

   下面是一个分配1024个字符空间的CharBuffer例子。

CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

写数据到Buffer中

   你可以按下面的两种方法写数据到一个Buffer中:

1、从一个Channel写数据到一个Buffer中
2、通过Buffer的put()方法将数据写入到该Buffer中

   下面是一个将Channel数据写入Buffer的例子:

int byteRead = inChannel.read(buf);

   下面是一个通过put()方法写数据到Channel的例子:

buf.put(127);

   通过put()方法写数据的还有很多个多态方法,更多方法请参考Buffer的Doc文档

flip()

   flip()方法能够将一个Buffer从写入状态切换为读取状态,调用flip()方法也会limit重置为position的位置,将position重置为0。

从Buffer中读出数据

   有两种方式来从一个Buffer中读取数据:

1、从Buffer中读取数据到Channel
2、使用Buffer的get()方法读取该Buffer的数据

   下面是如何从Buffer中读取数据到Channel的列子:

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

   下面是使用Buffer的get()方法读取Buffer数据的例子:

byte aByte = buf.get()

rewind()

   Buffer的rewind()方法将position重置为0,这样你就可以重新读取Buffer中的所有数据了。limit保持不变,仍然标识为可以从Buffer中可以读出的元素个数

clear()和compact()

   一旦你读完Buffer的数据后,你需要将Buffer再次置为准备写入的状态,你可以调用clear()或者compact()方法来完成。

   如果你调用clear()方法,position将置为0,limit置为capacity,换句话中就是Buffer被清空了,真实的数据未被清空,只是告诉你数据位置的标记被初始化了而已。

   如果Buffer中还有为读取的数据,如果你调用了clear()的话,未读取的数据将会被遗忘,也就是说不再有数据来指示哪些数据已经读取完,哪些数据还未读取完。

   如果Buffer中还有数据未读取完,而你又想稍后再读取,但是你要先写入数据的话,你可以调用compact()而不是clear()。

   compact()拷贝所有未读取的数据到Buffer的开始位置,然后设置position为未读取数据之后,limit与调用clear()一样依然设置为capacity。这样Buffer就切换为写入模式,而未读取的数据也不会被覆盖。

mark()和reset()

   你可以调用Buffer.mark()方法在Buffer中设置一个给定的position为标记,之后你就可以通过调用Buffer.reset()方法重新将position置为标记的position了。
   下面就是一个例子:

buffer.mark();

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

buffer.reset();  //set position back to mark.    

equals()和compareTo()

   可以通过equals()和compareTo()来比较两个Buffer

equals()

   满足一下条件的话,两个Buffer就相等了:

1、类型相同(byte、char、int等)
2、Buffer中剩余相同的数量的bytes、chars、int等
3、所有剩余的bytes、chars、int等相同

   如你所见,equals仅比较Buffer的部分数据,而不是它内部的每个元素。实际上,它只是比较Buffer中的剩余元素。

compareTo()

   compareTo()方法比较两个Buffer中的剩余元素,如果满足以下条件,则认为一个Buffer比另一个"小":

1、Buffer中的第一个元素与另一个Buffer中对应的第一个元素比较,小于另一个Buffer的第一个元素
2、所有元素都相等,但是第一个Buffer的元素个数小于另一个Buffer的元素个数

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