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04. Java NIO Buffer 缓冲区

逝去的回忆
 逝去的回忆
发布于 2016/11/21 15:12
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Java NIO Buffers用于和NIO Channel交互。正如你已经知道的,我们从channel中读取数据到buffers里,从buffer把数据写入到channels.

buffer本质上就是一块内存区,可以用来写入数据,并在稍后读取出来。这块内存被NIO Buffer包裹起来,对外提供一系列的读写方便开发的接口。

Buffer基本用法(Basic Buffer Usage)

利用Buffer读写数据,通常遵循四个步骤:

  • 把数据写入buffer;
  • 调用flip;
  • 从Buffer中读取数据;
  • 调用buffer.clear()或者buffer.compact()

当写入数据到buffer中时,buffer会记录已经写入的数据大小。当需要读数据时,通过flip()方法把buffer从写模式调整为读模式;在读模式下,可以读取所有已经写入的数据。

当读取完数据后,需要清空buffer,以满足后续写入操作。清空buffer有两种方式:调用clear()或compact()方法。clear会清空整个buffer,compact则只清空已读取的数据,未被读取的数据会被移动到buffer的开始位置,写入位置则近跟着未读数据之后。

这里有一个简单的buffer案例,包括了write,flip和clear操作:

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

//create buffer with capacity of 48 bytes
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.
while (bytesRead != -1) {

  buf.flip();  //make buffer ready for read

  while(buf.hasRemaining()){
      System.out.print((char) buf.get()); // read 1 byte at a time
  }

  buf.clear(); //make buffer ready for writing
  bytesRead = inChannel.read(buf);
}
aFile.close();

Buffer的容量,位置,上限(Buffer Capacity, Position and Limit)

buffer缓冲区实质上就是一块内存,用于写入数据,也供后续再次读取数据。这块内存被NIO Buffer管理,并提供一系列的方法用于更简单的操作这块内存。

一个Buffer有三个属性是必须掌握的,分别是:

  • capacity容量
  • position位置
  • limit限制

position和limit的具体含义取决于当前buffer的模式。capacity在两种模式下都表示容量。

下面有张示例图,描诉了不同模式下position和limit的含义:

buffers-modes.png

Buffer capacity, position and limit in write and read mode.

容量(Capacity)

作为一块内存,buffer有一个固定的大小,叫做capacity容量。也就是最多只能写入容量值得字节,整形等数据。一旦buffer写满了就需要清空已读数据以便下次继续写入新的数据。

位置(Position)

当写入数据到Buffer的时候需要中一个确定的位置开始,默认初始化时这个位置position为0,一旦写入了数据比如一个字节,整形数据,那么position的值就会指向数据之后的一个单元,position最大可以到capacity-1.

当从Buffer读取数据时,也需要从一个确定的位置开始。buffer从写入模式变为读取模式时,position会归零,每次读取后,position向后移动。

上限(Limit)

在写模式,limit的含义是我们所能写入的最大数据量。它等同于buffer的容量。

一旦切换到读模式,limit则代表我们所能读取的最大数据量,他的值等同于写模式下position的位置。

数据读取的上限时buffer中已有的数据,也就是limit的位置(原position所指的位置)。

Buffer Types

Java NIO有如下具体的Buffer类型:

  • ByteBuffer
  • MappedByteBuffer
  • CharBuffer
  • DoubleBuffer
  • FloatBuffer
  • IntBuffer
  • LongBuffer
  • ShortBuffer

正如你看到的,Buffer的类型代表了不同数据类型,换句话说,Buffer中的数据可以是上述的基本类型;

MappedByteBuffer稍有不同,我们会单独介绍。

分配一个Buffer(Allocating a Buffer)

为了获取一个Buffer对象,你必须先分配。每个Buffer实现类都有一个allocate()方法用于分配内存。下面看一个实例,开辟一个48字节大小的buffer:

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

开辟一个1024个字符的CharBuffer:

CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

写入数据到Buffer(Writing Data to a Buffer)

写数据到Buffer有两种方法:

  • 从Channel中写数据到Buffer
  • 手动写数据到Buffer,调用put方法

下面是一个实例,演示从Channel写数据到Buffer:

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

通过put写数据:

buf.put(127);    

put方法有很多不同版本,对应不同的写数据方法。例如把数据写到特定的位置,或者把一个字节数据写入buffer。看考JavaDoc文档可以查阅的更多数据。

翻转(flip())

flip()方法可以吧Buffer从写模式切换到读模式。调用flip方法会把position归零,并设置limit为之前的position的值。 也就是说,现在position代表的是读取位置,limit标示的是已写入的数据位置。

从Buffer读取数据(Reading Data from a Buffer)

冲Buffer读数据也有两种方式。

  • 从buffer读数据到channel
  • 从buffer直接读取数据,调用get方法

读取数据到channel的例子:

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

调用get读取数据的例子:

byte aByte = buf.get();    

get也有诸多版本,对应了不同的读取方式。

rewind()

Buffer.rewind()方法将position置为0,这样我们可以重复读取buffer中的数据。limit保持不变。

clear() and compact()

一旦我们从buffer中读取完数据,需要复用buffer为下次写数据做准备。只需要调用clear或compact方法。

clear方法会重置position为0,limit为capacity,也就是整个Buffer清空。实际上Buffer中数据并没有清空,我们只是把标记为修改了。

如果Buffer还有一些数据没有读取完,调用clear就会导致这部分数据被“遗忘”,因为我们没有标记这部分数据未读。

针对这种情况,如果需要保留未读数据,那么可以使用compact。 因此compact和clear的区别就在于对未读数据的处理,是保留这部分数据还是一起清空。

mark() and reset()

通过mark方法可以标记当前的position,通过reset来恢复mark的位置,这个非常像canva的save和restore:

buffer.mark();

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

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

equals() and compareTo()

可以用eqauls和compareTo比较两个buffer

equals()

判断两个buffer相对,需满足:

  • 类型相同
  • buffer中剩余字节数相同
  • 所有剩余字节相等

从上面的三个条件可以看出,equals只比较buffer中的部分内容,并不会去比较每一个元素。

compareTo()

compareTo也是比较buffer中的剩余元素,只不过这个方法适用于比较排序的:

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