ByteBuffer基本概念

悠悠 2022-06-16 14:55 460阅读 0赞

最近在研究OpenGL，众所周知Java运行在虚拟机Dalvik Virtual Machine ,运行在虚拟机的代码是无法访问本地环境的，想要Android的java代码与OpenGL通信，两种途径：1，Java本地接口 就是常见的JNI调用；2，改变内存分配的方式，Java有一种特殊的类集合，它们可以分配本地内存块，并且把Java的数据复制到本地内存，避免GC的管控，那就是字节缓冲区NIO，ByteBuffer。先不谈OpenGL中怎么用 扫盲一下ByteBuffer。

ByteBuffer类是在Java NIO中常常使用的一个缓冲区类，使用它可以进行高效的IO操作。  
**ByteBuffer内部字段**  
**byte\[\] buff**  
buff即内部用于缓存的数组。  
**position**  
当前读取的位置。  
**mark**  
为某一读过的位置做标记，便于某些时候回退到该位置。  
**capacity**  
初始化时候的容量。  
**limit**  
读写的上限，limit<=capacity。

**图解**  
**put**  
写模式下，往buffer里写一个字节，并把postion移动一位。写模式下，一般limit与capacity相等。  
![这里写图片描述][SouthEast]

**flip**  
写完数据，需要开始读的时候，将postion复位到0，并将limit设为当前postion。  
![这里写图片描述][SouthEast 1]

**get**  
从buffer里读一个字节，并把postion移动一位。上限是limit，即写入数据的最后位置。  
![这里写图片描述][SouthEast 2]

**clear**  
将position置为0，并不清除buffer内容。  
![这里写图片描述][SouthEast 3]

mark相关的方法主要是mark()(标记)和reset()(回到标记)  
一个临时存放的位置下标。调用mark()会将mark设为当前的position的值，以后调用reset()会将position属性设置为mark的值。mark的值总是小于等于position的值，如果将position的值设的比mark小，当前的mark值会被抛弃掉。

ByteBuffer可以作为一个缓冲区，是因为它是内存中的一段连续的空间，在ByteBuffer对象内部定义了四个索引，分别是mark，position，limit，capacity，其中

*  mark用于对当前position的标记
 *  position表示当前可读写的指针，如果是向ByteBuffer对象中写入一个字节，那么就会向position所指向的地址写入这个字节，如果是从ByteBuffer读出一个字节，那么就会读出position所指向的地址读出这个字节，读写完成后，position加1
 *  limit是可以读写的边界，当position到达limit时，就表示将ByteBuffer中的内容读完，或者将ByteBuffer写满了。
 *  capacity是这个ByteBuffer的容量，上面的程序中调用 ByteBuffer.allocate(128)  
    就表示创建了一个容量为capacity字节的ByteBuffer对象。

了解了这四个变量之后，再来看看前面的程序。之所以调用ByteBuffer.flip()方法是因为在向ByteBuffer写入数据后，position为缓冲区中刚刚读入的数据的最后一个字节的位置，flip方法将limit值置为position值，position置0，这样在调用get\*()方法从ByteBuffer中取数据时就可以取到ByteBuffer中的有效数据，JDK中flip方法的代码如下:

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

在调用 four.write(buff) 时，就将buff缓冲区中的数据写入到输出管道，此时调用ByteBuffer.clear()方法为下次从管道中读取数据做准备，但是调用clear方法并不将缓冲区的数据清空，而是设置position，mark，limit这三个变量的值，JDK中clear方法的代码如下：

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

这个方法命名给人的感觉就是将数据清空了，但是实际上却不是的，它并没有清空缓冲区中的数据，而至重置了对象中的三个索引值，如果不清空的话，假设此次该ByteBuffer中的数据是满的，下次读取的数据不足以填满缓冲区，那么就会存在上一次已经处理的的数据，所以在判断缓冲区中是否还有可用数据时，使用ByteBuffer.hasRemaining()方法，在JDK中，这个方法的代码如下：

public final boolean hasRemaining() {
        return position < limit;
    }

在该方法中，比较了position和limit的值，用以判断是否还有可用数据。

在ByteBuffer类中，还有个方法是compact，对于ByteBuffer，其子类HeapByteBuffer的compact方法实现是这样的：

public ByteBuffer compact() {
        System.arraycopy(hb, ix(position()), hb, ix(0), remaining());
        position(remaining());
        limit(capacity());
        return this;
    }

如果position()方法返回当前缓冲区中的position值，remaining()方法返回limit与position这段区间的长度，JDK中的remaining()方法代码如下

public final int remaining() {
        return limit - position;
    }

所以compact()方法中第一条语句作用是将数组hb当前position所指向的位置开始复制长度为limit-position的数据到hb数组的开始出，其中使用到了ix()函数，这个函数是将参数值加上一个offset值，offset即一个偏移值，在这样的比如一个这样的场景对于一个很大的缓冲区，将其分成两段，第一段的起始位置是p1，长度是q1,第二段起始位置是p2，长度是q2，那么可以分别将这两段包装成一个HeapByteBuffer对象，然后这两个HeapByteBuffer对象(ByteBuffer的子类，默认实现)的offset属性分别设置为p1和p2，这样就可以通过在内部使用ix()函数来简化ByteBuffer对外提供的接口，在使用者看来，与默认的ByteBuffer并没有区别。

在compact函数中，接着将当前的缓冲区的position索引置为 limit-position ，limit索引置为缓冲区的容量，这样调用compact方法中就可以将缓冲区的有效数据全部移到缓冲区的首部，而position指向下一个可写位置。

比如刚刚创建一个ByteBuffer对象buff时，position=0，limit=capacity，那么此时调用buff.hasRemaining()则会返回 true ，这样来判断缓冲区中是否有数据是不行的，因为此时缓冲区中的存储的全部是0，但是调用一次 compact() 方法就可以将position置为limit值，这样再通过buff.hasRemaining()就会返回 false ，可以与后面的逻辑一起处理了。

ByteBuffer还有一个名为mark的方法，该方法设置mark索引为position的值，JDK中的代码如下：

public final Buffer mark() {
        mark = position;
        return this;
    }

与其功能相反的方法为reset方法，即将position的值设置为mark，JDK中的代码如下：

public final Buffer reset() {
        int m = mark;
        if (m < 0)
            throw new InvalidMarkException();
        position = m;
        return this;
    }

此外还有一个名为rewind的方法，这个方法将position索引置为0，mark索引置为-1，JDK中的代码如下：

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

通过这些方法，就可以很方便的操作一个缓冲区，关键是要理解这些方法具体的作用，以及对三个索引值的影响(capacity是不变的)。

ByteBuffer继承自Buffer类，上面的方法四个索引值都定义在Buffer类中，操作索引值的方法也都定义在Buffer类中。

特别要注意的是clear方法并没有清除缓冲区的内容。

[SouthEast]: /images/20220616/f343e08fa48c494dba974476d827043f.png
[SouthEast 1]: /images/20220616/e276a5da193343ee956db28a3b4eb632.png
[SouthEast 2]: /images/20220616/8981a74708824145915bdaeea6206198.png
[SouthEast 3]: /images/20220616/220ca57b45f349d0b826247ec85baf49.png