Java NIO系列教程（三） Buffer

阳光穿透心脏的1/2处 2022-05-23 10:54 123阅读 0赞

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。

下面是NIO Buffer相关的话题列表：

1.  [Buffer的基本用法][Buffer]
2.  [Buffer的capacity,position和limit][Buffer_capacity_position_limit]
3.  [Buffer的类型][Buffer 1]
4.  [Buffer的分配][Buffer 2]
5.  [向Buffer中写数据][Buffer 3]
6.  [flip()方法][flip]
7.  [从Buffer中读取数据][Buffer 4]
8.  [clear()与compact()方法][clear_compact]
9.  [mark()与reset()方法][mark_reset]
10. [equals()与compareTo()方法][equals_compareTo]

### 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.  从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()或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：

<table style="margin:0px;padding:0px;width:auto;border:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;line-height:1.1em;font-size:1em;"> 
 <tbody style="margin:0px;padding:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-size:1em;"> 
  <tr style="margin:0px;padding:0px;border-top:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-size:1em;"> 
   <td style="border-width:0px;padding:0px;margin:0px;background-image:none;float:none;vertical-align:top;height:auto;width:3em;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;color:rgb(120,120,120);"><code style="margin:0px;padding:0px .3em 0px 0px;border:0px;background:none;text-align:right;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:2.7em;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;">01</code></td> 
   <td style="border-top:0px;border-right:0px;border-bottom:0px;border-left-color:rgb(212,208,200);padding:0px 0px 0px .5em;margin:0px;background:none;float:none;vertical-align:top;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;color:rgb(0,0,0);"><code style="margin:0px;padding:0px;border:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;color:rgb(0,0,0);">RandomAccessFile aFile =&nbsp;</code><code style="margin:0px;padding:0px;border:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-weight:bold;font-size:1em;color:rgb(127,0,85);">new</code>&nbsp;<code style="margin:0px;padding:0px;border:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;color:rgb(0,0,0);">RandomAccessFile(</code><code style="margin:0px;padding:0px;border:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;color:rgb(42,0,255);">"data/nio-data.txt"</code><code style="margin:0px;padding:0px;border:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;color:rgb(0,0,0);">,&nbsp;</code><code style="margin:0px;padding:0px;border:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;color:rgb(42,0,255);">"rw"</code><code style="margin:0px;padding:0px;border:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;color:rgb(0,0,0);">);</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table style="margin:0px;padding:0px;width:auto;border:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;line-height:1.1em;font-size:1em;"> 
 <tbody style="margin:0px;padding:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-size:1em;"> 
  <tr style="margin:0px;padding:0px;border-top:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-size:1em;"> 
   <td style="border-width:0px;padding:0px;margin:0px;background-image:none;float:none;vertical-align:top;height:auto;width:3em;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;color:rgb(120,120,120);"><code style="margin:0px;padding:0px .3em 0px 0px;border:0px;background:none;text-align:right;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:2.7em;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;">08</code></td> 
   <td style="border-top:0px;border-right:0px;border-bottom:0px;border-left-color:rgb(212,208,200);padding:0px 0px 0px .5em;margin:0px;background:none;float:none;vertical-align:top;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;color:rgb(0,0,0);"><code style="margin:0px;padding:0px;border:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-weight:bold;font-size:1em;color:rgb(127,0,85);">while</code>&nbsp;<code style="margin:0px;padding:0px;border:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;color:rgb(0,0,0);">(bytesRead != -</code><code style="margin:0px;padding:0px;border:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;color:rgb(0,153,0);">1</code><code style="margin:0px;padding:0px;border:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;color:rgb(0,0,0);">) { </code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table style="margin:0px;padding:0px;width:auto;border:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;line-height:1.1em;font-size:1em;"> 
 <tbody style="margin:0px;padding:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-size:1em;"> 
  <tr style="margin:0px;padding:0px;border-top:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-size:1em;"> 
   <td style="border-width:0px;padding:0px;margin:0px;background-image:none;float:none;vertical-align:top;height:auto;width:3em;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;color:rgb(120,120,120);"><code style="margin:0px;padding:0px .3em 0px 0px;border:0px;background:none;text-align:right;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:2.7em;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;">13</code></td> 
   <td style="border-top:0px;border-right:0px;border-bottom:0px;border-left-color:rgb(212,208,200);padding:0px 0px 0px .5em;margin:0px;background:none;float:none;vertical-align:top;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;color:rgb(0,0,0);"><code style="margin:0px;padding:0px;border:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code style="margin:0px;padding:0px;border:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;color:rgb(0,0,0);">System.out.print((</code><code style="margin:0px;padding:0px;border:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-weight:bold;font-size:1em;color:rgb(127,0,85);">char</code><code style="margin:0px;padding:0px;border:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;color:rgb(0,0,0);">) buf.get());&nbsp;</code><code style="margin:0px;padding:0px;border:0px;background:none;float:none;vertical-align:baseline;height:auto;width:auto;line-height:1.1em;font-family:Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace;font-size:1em;color:rgb(63,95,191);">// read 1 byte at a time</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 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
 *  position
 *  limit

position和limit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capacity，position和limit在读写模式中的说明，详细的解释在插图后面。

![buffers-modes.png][]

#### 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capacity个byte、long，char等类型。一旦Buffer满了，需要将其清空（通过读数据或者清除数据）才能继续写数据往里写数据。

#### 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

p<>  
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char，short，int，long，float 或 double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capacity的ByteBuffer的例子。

这是分配一个可存储1024个字符的CharBuffer：

### 向Buffer中写数据 ###

写数据到Buffer有两种方式：

*  从Channel写到Buffer。
 *  通过Buffer的put()方法写到Buffer里。

从Channel写到Buffer的例子

通过put方法写Buffer的例子：

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byte、char等 —— 现在能读取多少个byte、char等。

### 从Buffer中读取数据 ###

从Buffer中读取数据有两种方式：

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

从Buffer读取数据到Channel的例子：

使用get()方法从Buffer中读取数据的例子

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()将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（byte、char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()或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：

### equals()与compareTo()方法 ###

可以使用equals()和compareTo()方法两个Buffer。

#### equals() ####

当满足下列条件时，表示两个Buffer相等：

1.  有相同的类型（byte、char、int等）。
2.  Buffer中剩余的byte、char等的个数相等。
3.  Buffer中所有剩余的byte、char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(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)。

*（译注：剩余元素是从 position到limit之间的元素）*

[Buffer]: http://ifeve.com/buffers/#basicusage
[Buffer_capacity_position_limit]: http://ifeve.com/buffers/#cap-pos-limit
[Buffer 1]: http://ifeve.com/buffers/#buffertype
[Buffer 2]: http://ifeve.com/buffers/#allocate
[Buffer 3]: http://ifeve.com/buffers/#writetobuffer
[flip]: http://ifeve.com/buffers/#flip
[Buffer 4]: http://ifeve.com/buffers/#read
[clear_compact]: http://ifeve.com/buffers/#clearandcompact
[mark_reset]: http://ifeve.com/buffers/#markandreset
[equals_compareTo]: http://ifeve.com/buffers/#equalsandcompareto
[buffers-modes.png]: /images/20220523/e52d6ea877bd4aec9440e016296dae17.png