NIO之缓冲区【基础内容】

淡淡的烟草味﹌ 2022-02-21 01:44 289阅读 0赞

我们知道NIO的三大核心是buffer，channel和selector，本文开始详细介绍下buffer

# 缓冲区Buffer #

## 1.缓冲区介绍 ##

一个Buffer对象是固定数量的数据的容器。其作用是一个存储器，或者分段运输区，在这里数据可被存储并在之后用于检索。缓冲区可以写满和释放。对于每个**非布尔**原始数据类型都有一个缓冲区类。尽管缓冲区作用于它们存储的原始数据类型，但缓冲区十分倾向于**处理字节**。  
  缓冲区的工作与通道紧密联系。通道是 I/O 传输发生时通过的入口，而缓冲区是这些数据传输的来源或目标。  
  下图是Buffer的类层次图。在顶部是通用Buffer类，Buffer 定义所有缓冲区类型共有的操作，无论是它们所包含的数据类型还是可能具有的特定行为。这一共同点将会成为我们的出发点。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9kcGItYm9ib2thb3lhLXNtLmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9kcGItYm9ib2thb3lhLXNtLmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

## 2.缓冲区操作 ##

概念上，缓冲区是包在一个对象内的基本数据元素数组。Buffer 类相比一个简单数组的优点是它将关于数据的数据内容和信息包含在一个单一的对象中。Buffer 类以及它专有的子类定义了一个用于**处理数据缓冲区的 API**。

### 2.1 创建缓冲区 ###

新的缓冲区是由分配或包装操作创建的.

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方式</th> 
   <th align="left">说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>分配</td> 
   <td align="left">创建一个缓冲区对象并分配一个私有的空间来存储容量大小的数据元素</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>包装</td> 
   <td align="left">创建一个缓冲区对象但不分配任何空间来存储数据元素，<br>使用我们单独提供的数据作为存储空间来存储缓冲区的数据元素</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**分配方式**:

// 创建一个ByteBuffer，容量为10
    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(10);

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9kcGItYm9ib2thb3lhLXNtLmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

**包装方式**:

byte[] array = new byte[10];
    ByteBuffer.wrap(array);

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9kcGItYm9ib2thb3lhLXNtLmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

### 2.2 属性 ###

所有的缓冲区都具有四个属性来提供关于其所包含的数据元素的信息。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9kcGItYm9ib2thb3lhLXNtLmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>属性</th> 
   <th align="left">说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>容量(Capacity)</td> 
   <td align="left">缓冲区能够容纳的数据元素的最大数量，缓冲区创建时被设定，永远不能被改变</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>上界(Limit)</td> 
   <td align="left">缓冲区第一个不能被读或写的元素，或者说缓冲区中现存元素的计数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>位置(Position)</td> 
   <td align="left">下一个要被读或写的元素的索引，位置会自动由相应的get()和put()方法更新</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>标记(Mark)</td> 
   <td align="left">一个备忘位置，调用mark()方法来设定，mark=position,调用reset方法设定position=mark。标记在设定前是未定义的(undefined)</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

四个属性之前总是遵循以下关系:

mark <= position <= limit <= capacity

举例：

// 创建一个ByteBuffer，容量为10
    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(10);

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9kcGItYm9ib2thb3lhLXNtLmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

位置被设为0，而且容量和上界被设为10，刚好经过缓冲区能够容纳的最后一个字节。标记最初未定义。容量是固定的，但另外的三个属性可以在使用缓冲区时改变

### 2.3 缓冲区API介绍 ###

接下来我们先看下Buffer中提供的方法

package java.nio; 
    public abstract class Buffer {  
     public final int capacity( ) 
     public final int position( ) 
     public final Buffer position (int newPosition)
     public final int limit( ) 
     public final Buffer limit (int newLimit) 
     public final Buffer mark( ) 
     public final Buffer reset( ) 
     public final Buffer clear( ) 
     public final Buffer flip( ) 
     public final Buffer rewind( ) 
     public final int remaining( ) 
     public final boolean hasRemaining( ) 
     public abstract boolean isReadOnly( ); 
    }

**put方法**  
  '存取’也就将数据保存到缓冲区中及从缓冲区中取出数据，在Buffer类中并没有提供get和put方法，这两个方法在具体的Buffer子类中有提供，比如ByteBuffer.如下

public abstract class ByteBuffer 
     extends Buffer implements Comparable 
    {  
     // This is a partial API listing 
     public abstract byte get( ); 
     public abstract byte get (int index); 
     public abstract ByteBuffer put (byte b); 
     public abstract ByteBuffer put (int index, byte b); 
    }

保存数据到缓冲区

public static void main(String[] args) { 
    	// 创建一个ByteBuffer，容量为10
    	ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(10);
    	// 看一下初始时4个核心变量的值
    	System.out.println("初始时-->limit--->" + byteBuffer.limit());
    	System.out.println("初始时-->position--->" + byteBuffer.position());
    	System.out.println("初始时-->capacity--->" + byteBuffer.capacity());
    	System.out.println("初始时-->mark--->" + byteBuffer.mark());
    
    	System.out.println("--------------------------------------");
    
    	// 添加一些数据到缓冲区中
    	String s = "bobo";
    	byteBuffer.put(s.getBytes());
    
    	// 看一下初始时4个核心变量的值
    	System.out.println("put完之后-->limit--->" + byteBuffer.limit());
    	System.out.println("put完之后-->position--->" + byteBuffer.position());
    	System.out.println("put完之后-->capacity--->" + byteBuffer.capacity());
    	System.out.println("put完之后-->mark--->" + byteBuffer.mark());
    }

输出:

初始时-->limit--->10
    初始时-->position--->0
    初始时-->capacity--->10
    初始时-->mark--->java.nio.HeapByteBuffer[pos=0 lim=10 cap=10]
    --------------------------------------
    put完之后-->limit--->10
    put完之后-->position--->4
    put完之后-->capacity--->10
    put完之后-->mark--->java.nio.HeapByteBuffer[pos=4 lim=10 cap=10]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9kcGItYm9ib2thb3lhLXNtLmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

**flip方法**  
现在我想要从缓存区拿数据，怎么拿呢？NIO给了我们一个flip()方法。这个方法可以改动position和limit的位置！

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9kcGItYm9ib2thb3lhLXNtLmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

byteBuffer.flip();
    System.out.println("flip完之后-->limit--->" + byteBuffer.limit());
    System.out.println("flip完之后-->position--->" + byteBuffer.position());
    System.out.println("flip完之后-->capacity--->" + byteBuffer.capacity());
    System.out.println("flip完之后-->mark--->" + byteBuffer.mark());

flip完之后-->limit--->4
    flip完之后-->position--->0
    flip完之后-->capacity--->10
    flip完之后-->mark--->java.nio.HeapByteBuffer[pos=0 lim=4 cap=10]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9kcGItYm9ib2thb3lhLXNtLmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]

一般我们称filp()为“**切换成读模式**”

**get方法**  
  get方法读取信息position也会对应的移动！

// 一个字节一个字节的读取
    System.out.println((char)byteBuffer.get());
    System.out.println((char)byteBuffer.get());
    System.out.println((char)byteBuffer.get());
    System.out.println((char)byteBuffer.get());
    System.out.println("get完之后-->mark--->" + byteBuffer.mark());
    // get方法 读取了多少个字节，position就会移动多少位，相应再次重新读取需要flip
    byteBuffer.flip();
    byte[] b = new byte[byteBuffer.limit()];
    // 批量读取数据
    byteBuffer.get(b);
    System.out.println(new String(b,0,b.length));
    System.out.println("get完之后-->mark--->" + byteBuffer.mark());

输出

b
    o
    b
    o
    get完之后-->mark--->java.nio.HeapByteBuffer[pos=4 lim=4 cap=10]
    bobo

**clear方法**  
  数据操作完成后我们还想要继续写入数据，这时我们可以使用clear方法来’清空’缓冲区。数据没有真正被清空，只是被遗忘掉了

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9kcGItYm9ib2thb3lhLXNtLmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]

**hasRemaining()**  
  检查position和limit之间是否还有元素。判断是否还有剩余元素

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9kcGItYm9ib2thb3lhLXNtLmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]

// 一个字节一个字节的读取
    System.out.println((char)byteBuffer.get());
    System.out.println("hasRemaining:"+byteBuffer.hasRemaining());
    System.out.println((char)byteBuffer.get());
    System.out.println("hasRemaining:"+byteBuffer.hasRemaining());
    System.out.println((char)byteBuffer.get());
    System.out.println("hasRemaining:"+byteBuffer.hasRemaining());
    System.out.println((char)byteBuffer.get());
    System.out.println("hasRemaining:"+byteBuffer.hasRemaining());

输出

b
    hasRemaining:true
    o
    hasRemaining:true
    b
    hasRemaining:true
    o
    hasRemaining:false

**rewind方法**  
  读完一遍数据后，我们还想再读取一遍，此时可以考虑rewind方法  
注意他和flip方法的区别

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9kcGItYm9ib2thb3lhLXNtLmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9kcGItYm9ib2thb3lhLXNtLmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 12]

通过源码分析会更加清晰些~

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9kcGItYm9ib2thb3lhLXNtLmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220221/9557339f611b49319d95e92e7519f635.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9kcGItYm9ib2thb3lhLXNtLmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220221/92b689e61f674be29ba4c9cfe22bc064.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9kcGItYm9ib2thb3lhLXNtLmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20220221/3429d8ac0934401dab47a129679d1f88.png
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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9kcGItYm9ib2thb3lhLXNtLmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20220221/2b63a5c7be5e4ea38e3190a3e44e7cfd.png
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