JAVA NIO简明教程四 Buffer缓冲

Dear 丶 2022-04-22 03:02 152阅读 0赞

# JAVA NIO简明教程 四 Buffer缓冲 #

JAVA NIO Buffer通常和channels一起使用。你已经知道数据通常从channels写入buffers,或者从buffers写入channels.

一个buffer本质上是一块内存的映射，能够读数据，之后再次写入数据。内存快被包裹在nio buffer object(译者注：本质是一个byte数组),buffer提供一系列的方法是你能够很方便的操作内存块。

## Buffer的基本使用 ##

使用`Buffer`去读写数据一般需要经过下面四个步骤：

1.  写数据到Buffer
2.  调用buffer.flip()
3.  从Buffer读数据
4.  调用buffer.clear() 或者 buffer.compact()

当你写数据进入缓冲区的时候，缓冲区能够记录有多少数据被写入。一旦你需要读数据，你需要使buffer从写模式切换到读模式依赖`flip()`方法。在读模式缓冲区能让你读所有的数据写入缓存。

一旦你读完了所有的数据，你需要清除buffer，使缓冲区能够再一次被写入，你能使用两种方式：调用

1.  `clear()` 2. `compact()`. clear()方法能够清楚整个缓冲区。`compact()`方法仅仅只能清除已经读取的数据，一些还没有被读取的数据被移动到缓冲区的开始部分，正在写入的数据将在未读数据之后。

下面是一个简单的`Buffer`示例，展示了 写、读、flip、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();

## 缓冲区的capcity、Position、Limit ##

缓冲区实质上是一块能够读写数据的内存。内存被包裹在一个nio buffer 对象，并且提供了一系列的方法使你能很方便的操作内存。

一个缓冲区有三个重要的你必须了解熟悉的属性，能够使你了解缓冲区是如何工作的：

*  capacity
 *  position
 *  limit

postion和limit的意义依赖于缓冲区是读模式还是写模式，Capacity不论何种模式，都是表示缓冲区的容量。

下图展示了position、limit、capacity在读写模式下的区分。

![buffers-modes][]

（译者注：在写模式下：limit和capacity意义一样表示可写的内存极限，position指向当前已经写到了那块内存，初始指向0，最大limit/capacity）  
（译者注：在读模式下: limit表示本次可读的最大极限，position表示当前读到了那一块内存，limit到capacity表示可写的内存）

### Capacity ###

创建一个缓冲区的时候实际上创建的是一块内存，固定大小的内存，意味着你仅仅只能写入`capacity`大小的字节、长整型、字符等。一旦缓冲区已满，如果你想要继续写数据，需要读取缓冲区中的数据或者直接清除缓冲区中的数据。

### Position ###

当你写入数据到缓冲区，position将被移动。position初始化为0，当你写入一个字节、长整型到缓冲区，position将被移动指向下个内存单元，注意position最大是capacity-1.

### Limit ###

缓冲区在写模式下，limit表示缓冲区能够写入多少数据，和capacity的大小是一样的。  
当在读模式下，表示最大可读多少数据。

## 缓冲区类型 ##

java nio提供了下面几种缓冲区类型:

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

从上面可以看到，这些缓冲区表示不同的数据类型。这些类型可以使用使用char,short,int,long,float,double的缓冲区类型。

`MappedByteBuffer`是比较特殊在后续的章节会说明。（译者注：用来操作大文件）

## 分配一个缓冲区 ##

要获得`Buffer`对象，你必须先分配给它一定的大小。每一个Buffer类有一个allocate()方法来分配大小。下面是一个示例，分配了48字节的大小的缓冲区。

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

下面是一个示例，分配了1024字符大小

CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024)

### 写入数据到缓冲区 ###

你能写数据到缓冲区通过下面两种方式：

1.  写数据从channel到buffer
2.  通过调用buffer的`put`等方法来写入

下面是一个示例，如何从channel写入数据到buffer

int byteRead = inChannel.read(buf);

下面示例通过使用put方法来说明如果写入数据到缓冲区:

buf.put(127);

put方法被重载了很多次，允许你通过不同的方式写入数据到缓冲区。例如：写入指定的位置，或者写入数组字节，查看缓冲区的相关实现的javaDoc查看更加详细的说明。

## flip() ##

flip()方法使缓冲区从写模式转为读模式。当调用了filp方法后position被重置为0，limit被设置为position之前的值（表示之前写模式写入多少数据）。

## 从缓冲区读数据 ##

有两种方式能够从缓冲区读数据

1.  从缓冲区读数据写入channel
2.  你也可以使用get方法来从缓冲区读数据

下面是一个示例，展示如何读数据从缓冲区写入到channel

int bytesWritten = inChannel.write(buf);

下面的示例，展示如何使用get方法从缓冲区读数据

byte aByte = buf.get();

get有许多版本的重载方法，允许你从指定位置、字节数组读取缓冲区。

## rewind() ##

调用rewind方法，使position重置为0，是你能重复的读取缓冲区中的数据。

## clear()和compact() ##

一旦读完缓冲区中的数据后，你必须保证缓冲区能够被再次写入，你能够调用clear和compact方法来调整position,limit.

当你调用clear方法position将被设置为0，limit被设置为等于capacity。看起来缓冲区的数据被清除了，实际上数据并没有清楚，只是调整了positon、limit是缓冲区能够被再次写入覆盖之前的数据，即使数据没有被读取。

如果有未读的数据，你并不想他们被覆盖，那么你可使用compact方法代替clear方法。

compact将拷贝所有未读的数据放在缓冲区的开始位置，position也并不会被设置为0，而是未读的数据长度，limit等于capacity和clear方法的效果一样，缓冲区可以再次被写入，但是不用担心会覆盖之前的数据。

## mark()和reset() ##

你能移动position使用buffer的mark方法。在mark方法之后，你可以调用reset方法来复位position。下面是一个示例.

buffer.mark();
        //call buffer.get() a couple of times, eg. during parsing.
        buffer.reset(); // set position back to mark

## equals() 和 compareTo() ##

很有可能有时需要比较两个缓冲区使用equals和compareTo().

### equals() ###

比较两个缓冲区是否相等:

1.  是否类型相同(byte,char,int等等)
2.  缓冲区中是否剩余的字节、字符大小相同
3.  所有剩余的字节是否相同

从上面可以看到缓冲区比比较相等仅仅比较的是缓冲区的一部分，而不是缓冲区的所有字节，事实上比较大小仅仅比较缓冲区剩余的部分。

### compareTo() ###

compareTo方法用来排序的时候，比较两个缓冲区中剩余的部分（字节、字符等等），  
一个缓冲区小于另一个缓冲区是因为下面的比较条件：

1.  第一个元素等于小于另一个缓冲区中对应的元素。
2.  所有的字节都是相等的，但是第一个缓冲区在第二个缓冲区之前耗尽了元素。

[buffers-modes]: /images/20220422/dde0ba47040f4e29922338828d0b8194.png

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