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[讨论交流] Java NIO系列教程(三)Buffer

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发表于 2016-7-30 09:43:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 genie1003 于 2016-8-1 15:14 编辑

  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。

  Buffer的基本用法

  使用Buffer读写数据一般遵循以下四个步骤:

  • 写入数据到Buffer
  • 调用flip()方法
  • 从Buffer中读取数据
  • 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:
  1. RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");
  2. FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

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

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

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

  8.   while(buf.hasRemaining()){
  9.       System.out.print((char) buf.get()); // read 1 byte at a time
  10.   }

  11.   buf.clear(); //make buffer ready for writing
  12.   bytesRead = inChannel.read(buf);
  13. }
  14. aFile.close();
复制代码

  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

  positionlimitposition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。
2.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。
  1. ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
复制代码

  这是分配一个可存储1024个字符的CharBuffer:
  1. CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);
复制代码

  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
  1. int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.
复制代码

  通过put方法写Buffer的例子:
  1. buf.put(127);
复制代码

  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:

  • 从Buffer读取数据到Channel。
  • 使用get()方法从Buffer中读取数据。

  从Buffer读取数据到Channel的例子:
  1. //read from buffer into channel.
  2. int bytesWritten = inChannel.write(buf);
复制代码

  使用get()方法从Buffer中读取数据的例子
  1. byte aByte = buf.get();
复制代码

  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:
  1. buffer.mark();

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

  3. buffer.reset();  //set position back to mark.
复制代码

  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:

  • 有相同的类型(byte、char、int等)。
  • Buffer中剩余的byte、char等的个数相等。
  • 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:

  • 第一个不相等的元素小于另一个Buffer中对应的元素 。
  • 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)

  扩展阅读:

  Java NIO系列教程(汇总)

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