NIO之Buffer

痛定思痛。 2022-05-11 02:38 280阅读 0赞

> Java NIO中的Buffer用于和NIO通道进行交互。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 ##

四个步骤

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

RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("D:/data.txt", "rw"); FileChannel fileChannel = raf.getChannel(); // 创建buffer ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48); // read into buffer int bytesRead = fileChannel.read(buf); while (bytesRead != -1) { System.out.println("Read " + bytesRead); // 从写模式转换为读模式 buf.flip(); while(buf.hasRemaining()){ System.out.print((char) buf.get()); } // 清空缓存区，再次写入 buf.clear(); bytesRead = fileChannel.read(buf); } raf.close();

## Buffer的类型 ##

![Buffer的类型][Buffer]

*  对于每个原始类型，都有一个缓冲区类型，所有缓冲区都可以实现缓冲区接口。 大多数使用的缓冲区类型是ByteBuffer。和数组类似，具有固定的容量大小。

## 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capacity的ByteBuffer的例子。

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

## 向Buffer中写数据 ##

两种方式

1.  从Channel写到Buffer。

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

1.  通过Buffer的put()方法写到Buffer里。

// 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。 buf.put(127);

## 从缓冲区读取数据 ##

两种方式

*  从Buffer中读取数据到capacity。

// read from buffer into channel. int bytesWritten = inChannel.write(buf);

*  使用`get()`方法从Buffer中读取数据。

// 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。 byte aByte = buf.get(); // 一次读取一个字节

## Buffer的`capacity`,`position`和`limit` ##

*  Buffer有两种模式，写模式和读模式。
 *  `capacity`：在读/写模式下都是固定的，就是我们分配的缓冲大小。一旦Buffer满了，需要将其清空（通过读数据或清除数据），才可以继续往里写数据。
 *  `position`：类似于读/写指针，表示当前读/写的位置。初始值为0，最大值为capacity - 1。当Buffer从写模式切换道读模式时，position会被 重置为0。
 *  `limit`：写模式下，表示最大能写多少数据，此时和capacity相同。读模式下，表示最多能读取到多少数据，此时和缓存区的实际大小相同（写模式下的position）。  
    ![Buffer读写模式图][Buffer 1]

## flip() ##

*  `flip()`：Buffer从写模式转换为读模式。position设置为Buffer的头部`0`，limit设置为写模式下的position，mark设置为-1
 *  flip()源码

public final Buffer flip() { limit = position; position = 0; mark = -1; return this; }

## clear()与compact() ##

*  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()或compact()方法来完成。
 *  `clear()`：表示Buffer被清空了，position被设置为0，limit被设置为capacity。Buffer中的数据被没有清空，只是这些标记可以告诉我们可以从哪里开始往Buffer写数据了。如果有数据还没被读取，调用`clear()`后，数据会被遗忘，没有任何标记可以告诉你那些已被读取，那些还没有被读取。
 *  `compact()`：如果Buffer有未读数据且后续还需要这些数据，那么compact()将保留这些未读数据。此时，会将未读的数据复制到Buffer的开头处，并将position设置为最后一个未读元素的后面。limit设置为capacity。

## mark()和reset() ##

*  mark()：标记Buffer中一个特定的position。
 *  reset()：恢复到mark()标记的position。

buffer.mark(); // 标记position buffer.reset(); // 恢复到mark()标记处

## equals()和compareTo() ##

*  剩余元素指Buffer中position到limit之间的元素。
 *  `equals()`  
    当满足以下两个条件时，说明两个Buffer相等：当满足以下两个条件时，说明两个Buffer相等：
    
    1.  相同的类型(byte, char, int等)；
    2.  Buffer中剩余的byte，char等元素个数相等；
    3.  Buffer中剩余的byte，char等元素都相同；
    4.  equals()只比较Buffer中的部分元素（剩余的元素），并不是比较Buffer中的全部元素 。
 *  `compareTo()`  
    compareTo()方法比较两个Buffer的剩余元素(byte、char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)。

## rewind() ##

*  表示重读Buffer中的所有数据。position置为0，limit保持不变。同时取消mark()标记。
 *  源码

public final Buffer rewind() { position = 0; mark = -1; return this; }

## Scatter/Gather ##

> 用于描述从Channel中读取或写入到Channel的操作。

## `Scatter（分散）` ##

指在读操作时，将从Channel中读取的数据分散到多个Buffer中。  
![scatter][]

### 示例 ###

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128); ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(1024); ByteBuffer[] bufferArray = { header, body }; channel.read(bufferArray);

*  Buffer首先被插入到数组，然后将数组作为channel.read()的参数。read()方法将将从Channel中的读取的数据按照Buffer在数组中的顺序依次插入，当前一个Buffer被写满后，才会向下一个Buffer中写入。
 *  Scattering Reads在移动下一个buffer前，必须填满当前的buffer，这也意味着它不适用于动态消息(消息大小不固定)。换句话说，如果存在消息头和消息体，消息头必须完成填充（例如 128byte），Scattering Reads才能正常工作。

## `Gathering Writes` ##

指在写操作时，将多个Buffer中的数据聚集起来，一起写入到Channel中。  
![Gather][]

### 示例 ###

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128); ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(1024); //write data into buffers ByteBuffer[] bufferArray = { header, body }; channel.write(bufferArray);

buffers数组是write()方法的入参，write()方法会按照buffer在数组中的顺序，将数据写入到channel，注意只有position和limit之间的数据才会被写入。因此，如果一个buffer的容量为128byte，但是仅仅包含58byte的数据，那么这58byte的数据将被写入到channel中。因此与Scattering Reads相反，Gathering Writes能较好的处理动态消息。

> 参考 并发编程网 – [ifeve.com][]

[Buffer]: /images/20220511/1eeb5128277b45dcafc22ae34654d1ce.png
[Buffer 1]: /images/20220511/2266ae5945c44229b80f7c4c6b649420.png
[scatter]: /images/20220511/e2130956c162454cad812374875da15d.png
[Gather]: /images/20220511/5273706d7b9a478092051c49d7d840dd.png
[ifeve.com]: http://ifeve.com