Netty剖析之NIO-Buffer

矫情吗；* 2023-07-03 02:51 15阅读 0赞

### 什么是Buffer？ ###

Buffer即缓冲区的意思，缓冲区本质上是一个可以读写数据的内存块，可以理解成是一个容器对象，该对象提供了一组方法，可以轻松的使用内存块，缓冲区对象内置了一些机制，能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况；

### Buffer类及子类 ###

Buffer为缓冲区的父类，以下是常用子类：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">类名</th> 
   <th align="left">描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">ByteBuffer</td> 
   <td align="left">存储字节数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">CharBuffer</td> 
   <td align="left">存储字符数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">ShortBuffer</td> 
   <td align="left">存储短整形数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">IntBuffer</td> 
   <td align="left">存储短整型数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">LongBuffer</td> 
   <td align="left">存储长整型数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">DoubleBuffer</td> 
   <td align="left">存储双精度浮点数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">FloatBuffer</td> 
   <td align="left">存储单精度浮点数据</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

Buffer类定义的所有的缓冲区都具有四个属性来提供其存储的元素信息：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">属性名</th> 
   <th align="left">描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">mark</td> 
   <td align="left">标记</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">position</td> 
   <td align="left">操作缓冲区的位置，下一个要被读或写的元素的索引，每次读写缓冲区数据时都会改变此值，为下次读写做准备</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">limit</td> 
   <td align="left">表示缓冲区的当前终点，不能对缓冲区超过极限的位置进行读写操作，但极限是可以修改的</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">capacity</td> 
   <td align="left">容量，即可以容纳的最大数据量，在缓冲区创建时被设定并且不能改变</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

Buffer类常用方法列表：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">方法名</th> 
   <th align="left">描述</th> 
   <th align="left">jdk版本</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">public final int capacity()</td> 
   <td align="left">返回此缓冲区的容量</td> 
   <td align="left">1.4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public final int position()</td> 
   <td align="left">返回此缓冲区的位置</td> 
   <td align="left">1.4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public final Buffer position (int newPositio)</td> 
   <td align="left">设置此缓冲区的位置</td> 
   <td align="left">1.4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public final int limit()</td> 
   <td align="left">返回此缓冲区的限制</td> 
   <td align="left">1.4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public final Buffer limit (int newLimit)</td> 
   <td align="left">设置此缓冲区的限制</td> 
   <td align="left">1.4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public final Buffer mark()</td> 
   <td align="left">在此缓冲区的位置设置标记</td> 
   <td align="left">1.4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public final Buffer reset()</td> 
   <td align="left">将此缓冲区的位置重置为以前标记的位置</td> 
   <td align="left">1.4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public final Buffer clear()</td> 
   <td align="left">清除此缓冲区, 即将各个标记恢复到初始状态，但是数据并没有真正擦除, 后面操作会覆盖</td> 
   <td align="left">1.4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public final Buffer flip()</td> 
   <td align="left">反转此缓冲区</td> 
   <td align="left">1.4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public final Buffer rewind()</td> 
   <td align="left">重绕此缓冲区</td> 
   <td align="left">1.4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public final int remaining()</td> 
   <td align="left">返回当前位置与限制之间的元素数</td> 
   <td align="left">1.4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public final boolean hasRemaining()</td> 
   <td align="left">告知在当前位置和限制之间是否有元素</td> 
   <td align="left">1.4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public abstract boolean isReadOnly()</td> 
   <td align="left">告知此缓冲区是否为只读缓冲区</td> 
   <td align="left">1.4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public abstract boolean hasArray()</td> 
   <td align="left">告知此缓冲区是否具有可访问的底层实现数组</td> 
   <td align="left">1.6</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public abstract Object array()</td> 
   <td align="left">返回此缓冲区的底层实现数组</td> 
   <td align="left">1.6</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public abstract int arrayOffset()</td> 
   <td align="left">返回此缓冲区的底层实现数组中第一个缓冲区元素的偏移量</td> 
   <td align="left">1.6</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public abstract boolean isDirect()</td> 
   <td align="left">告知此缓冲区是否为直接缓冲区</td> 
   <td align="left">1.6</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

从前面可以看出对于 Java 中的基本数据类型(boolean除外)，都有一个Buffer类型与之相对应，最常用的自然是ByteBuffer类（二进制数据），该类的主要方法如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">方法名</th> 
   <th align="left">描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity)</td> 
   <td align="left">创建直接缓冲区</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public static ByteBuffer allocate(int capacity)</td> 
   <td align="left">设置缓冲区的初始容量</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public static ByteBuffer wrap(byte[] array)</td> 
   <td align="left">把一个数组放到缓冲区中使用</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public static ByteBuffer wrap(byte[] array,int offset, int length)</td> 
   <td align="left">构造初始化位置offset和上界length的缓冲区</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public abstract byte get()</td> 
   <td align="left">从当前位置position上get，get之后，position会自动+1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public abstract byte get (int index)</td> 
   <td align="left">从绝对位置get</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public abstract ByteBuffer put (byte b)</td> 
   <td align="left">从当前位置上添加，put之后，position会自动+1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">public abstract ByteBuffer put (int index, byte b)</td> 
   <td align="left">从绝对位置上put</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### Buffer使用示例 ###

public class BasicBuffer {
        public static void main(String[] args) {
    
            // 创建一个大小为10的int类型的buffer
            IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(10);
    
            //  向buffer中存放数据
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                intBuffer.put(i);
            }
    
            // 读取buffer之前需要进行反转
            intBuffer.flip();
    
            // 遍历buffer，读取buffer数据
            while (intBuffer.hasRemaining()) {
                System.out.println(intBuffer.get());
            }
        }
    }

### Buffer使用注意事项 ###

*  ByteBuffer支持类型化的put和get，put放入的是什么类型，get就应该使用相应的数据类型来取出，否则可能出现**BufferUnderflowException**异常，如下代码所示：

public class ByteBufferPutGet {
    
        public static void main(String[] args) {
            // 创建一个buffer
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(8);
    
            byteBuffer.putChar('陈');
            byteBuffer.putInt(1);
            byteBuffer.putShort((short) 9);
            // 反转
            byteBuffer.flip();
    
    //        System.out.println(byteBuffer.getLong());
            System.out.println(byteBuffer.getChar());
            System.out.println(byteBuffer.getInt());
            System.out.println(byteBuffer.getShort());
        }
    }

*  普通buffer设置为只读buffer，如果往只读buffer里面添加数据则会抛出**ReadOnlyBufferException**，如下代码所示：

public class ReadOnlyBuffer {
    
        public static void main(String[] args) {
            IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(8);
            for (int i = 0; i < 8; i++) {
                intBuffer.put(i);
            }
    
            // 反转
            intBuffer.flip();
    
            // 得到一个只读的buffer
            IntBuffer readOnlyBuffer = intBuffer.asReadOnlyBuffer();
            System.out.println("readOnlyBuffferClass："+readOnlyBuffer.getClass());
    
            while (readOnlyBuffer.hasRemaining()) {
                System.out.println(readOnlyBuffer.get());
            }
    
            readOnlyBuffer.put(99); // 此处会抛出ReadOnlyBufferException
        }
    }