文章目錄

• 簡介
• Buffer是什么
• Buffer進階
• 創(chuàng)建Buffer
• Direct VS non-Direct
• Buffer的日常操作
• • 向Buffer寫數(shù)據(jù)
  • 從Buffer讀數(shù)據(jù)
  • rewind Buffer
  • Compact Buffer
  • duplicate Buffer
• 總結(jié)

簡介

小師妹在學(xué)習(xí)NIO的路上越走越遠，唯一能夠幫到她的就是在她需要的時候給她以全力的支持。什么都不說了，今天介紹的是NIO的基礎(chǔ)Buffer。老鐵給我上個Buff。

Buffer是什么

小師妹：F師兄，這個Buffer是我們縱橫王者峽谷中那句：老鐵給我加個Buff的意思嗎？

當(dāng)然不是了，此Buffer非彼Buff，Buffer是NIO的基礎(chǔ)，沒有Buffer就沒有NIO，沒有Buffer就沒有今天的java。

因為NIO是按Block來讀取數(shù)據(jù)的，這個一個Block就可以看做是一個Buffer。我們在Buffer中存儲要讀取的數(shù)據(jù)和要寫入的數(shù)據(jù)，通過Buffer來提高讀取和寫入的效率。

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還記得java對象的底層存儲單位是什么嗎？

小師妹：這個我知道，java對象的底層存儲單位是字節(jié)Byte。

對，我們看下Buffer的繼承圖：

Buffer是一個接口，它下面有諸多實現(xiàn)，包括最基本的ByteBuffer和其他的基本類型封裝的其他Buffer。

小師妹：F師兄，有ByteBuffer不就夠了嗎？還要其他的類型Buffer做什么？

小師妹，山珍再好，也有吃膩的時候，偶爾也要換個蘿卜白菜啥的，你以為乾隆下江南都干了些啥？

ByteBuffer雖然好用，但是它畢竟是最小的單位，在它之上我們還有Char，int，Double，Short等等基礎(chǔ)類型，為了簡單起見，我們也給他們都搞一套Buffer。

Buffer進階

小師妹：F師兄，既然Buffer是這些基礎(chǔ)類型的集合，為什么不直接用結(jié)合來表示呢？給他們封裝成一個對象，好像有點多余。

我們既然在面向?qū)ο蟮氖澜?#xff0c;從表面來看自然是使用Object比較合乎情理，從底層的本質(zhì)上看，這些封裝的Buffer包含了一些額外的元數(shù)據(jù)信息，并且還提供了一些意想不到的功能。

上圖列出了Buffer中的幾個關(guān)鍵的概念，分別是Capacity，Limit，Position和Mark。Buffer底層的本質(zhì)是數(shù)組，我們以ByteBuffer為例，它的底層是：

final byte[] hb;

• Capacity表示的是該Buffer能夠承載元素的最大數(shù)目，這個是在Buffer創(chuàng)建初期就設(shè)置的，不可以被改變。
• Limit表示的Buffer中可以被訪問的元素個數(shù)，也就是說Buffer中存活的元素個數(shù)。
• Position表示的是下一個可以被訪問元素的index，可以通過put和get方法進行自動更新。
• Mark表示的是歷史index，當(dāng)我們調(diào)用mark方法的時候，會把設(shè)置Mark為當(dāng)前的position，通過調(diào)用reset方法把Mark的值恢復(fù)到position中。

創(chuàng)建Buffer

小師妹：F師兄呀，這么多Buffer創(chuàng)建起來是不是很麻煩？有沒有什么快捷的使用辦法？

一般來說創(chuàng)建Buffer有兩種方法，一種叫做allocate，一種叫做wrap。

public void createBuffer(){IntBuffer intBuffer= IntBuffer.allocate(10);log.info("{}",intBuffer);log.info("{}",intBuffer.hasArray());int[] intArray=new int[10];IntBuffer intBuffer2= IntBuffer.wrap(intArray);log.info("{}",intBuffer2);IntBuffer intBuffer3= IntBuffer.wrap(intArray,2,5);log.info("{}",intBuffer3);intBuffer3.clear();log.info("{}",intBuffer3);log.info("{}",intBuffer3.hasArray());}

allocate可以為Buffer分配一個空間，wrap同樣為Buffer分配一個空間，不同的是這個空間背后的數(shù)組是自定義的，wrap還支持三個參數(shù)的方法，后面兩個參數(shù)分別是offset和length。

INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=0 lim=10 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - true INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=0 lim=10 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=2 lim=7 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=0 lim=10 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - true

hasArray用來判斷該Buffer的底層是不是數(shù)組實現(xiàn)的，可以看到，不管是wrap還是allocate，其底層都是數(shù)組。

需要注意的一點，最后，我們調(diào)用了clear方法，clear方法調(diào)用之后，我們發(fā)現(xiàn)Buffer的position和limit都被重置了。這說明wrap的三個參數(shù)方法設(shè)定的只是初始值，可以被重置。

Direct VS non-Direct

小師妹：F師兄，你說了兩種創(chuàng)建Buffer的方法，但是兩種Buffer的后臺都是數(shù)組，難道還有非數(shù)組的Buffer嗎？

自然是有的,但是只有ByteBuffer有。ByteBuffer有一個allocateDirect方法，可以分配Direct Buffer。

小師妹：Direct和非Direct有什么區(qū)別呢？

Direct Buffer就是說，不需要在用戶空間再復(fù)制拷貝一份數(shù)據(jù)，直接在虛擬地址映射空間中進行操作。這叫Direct。這樣做的好處就是快。缺點就是在分配和銷毀的時候會占用更多的資源，并且因為Direct Buffer不在用戶空間之內(nèi)，所以也不受垃圾回收機制的管轄。

所以通常來說只有在數(shù)據(jù)量比較大，生命周期比較長的數(shù)據(jù)來使用Direct Buffer。

看下代碼：

public void createByteBuffer() throws IOException {ByteBuffer byteBuffer= ByteBuffer.allocateDirect(10);log.info("{}",byteBuffer);log.info("{}",byteBuffer.hasArray());log.info("{}",byteBuffer.isDirect());try (RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("src/main/resources/www.flydean.com", "r");FileChannel inChannel = aFile.getChannel()) {MappedByteBuffer buffer = inChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, inChannel.size());log.info("{}",buffer);log.info("{}",buffer.hasArray());log.info("{}",buffer.isDirect());}}

除了allocateDirect,使用FileChannel的map方法也可以得到一個Direct的MappedByteBuffer。

上面的例子輸出結(jié)果：

INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.DirectByteBuffer[pos=0 lim=10 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - false INFO com.flydean.BufferUsage - true INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.DirectByteBufferR[pos=0 lim=0 cap=0] INFO com.flydean.BufferUsage - false INFO com.flydean.BufferUsage - true

Buffer的日常操作

小師妹:F師兄，看起來Buffer確實有那么一點復(fù)雜，那么Buffer都有哪些操作呢？

Buffer的操作有很多，下面我們一一來講解。

向Buffer寫數(shù)據(jù)

向Buffer寫數(shù)據(jù)可以調(diào)用Buffer的put方法：

public void putBuffer(){IntBuffer intBuffer= IntBuffer.allocate(10);intBuffer.put(1).put(2).put(3);log.info("{}",intBuffer.array());intBuffer.put(0,4);log.info("{}",intBuffer.array());}

因為put方法返回的還是一個IntBuffer類，所以Buffer的put方法可以像Stream那樣連寫。

同時，我們還可以指定put在什么位置。上面的代碼輸出：

INFO com.flydean.BufferUsage - [1, 2, 3, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0] INFO com.flydean.BufferUsage - [4, 2, 3, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]

從Buffer讀數(shù)據(jù)

讀數(shù)據(jù)使用get方法，但是在get方法之前我們需要調(diào)用flip方法。

flip方法是做什么用的呢？上面講到Buffer有個position和limit字段，position會隨著get或者put的方法自動指向后面一個元素，而limit表示的是該Buffer中有多少可用元素。

如果我們要讀取Buffer的值則會從positon開始到limit結(jié)束：

public void getBuffer(){IntBuffer intBuffer= IntBuffer.allocate(10);intBuffer.put(1).put(2).put(3);intBuffer.flip();while (intBuffer.hasRemaining()) {log.info("{}",intBuffer.get());}intBuffer.clear();}

可以通過hasRemaining來判斷是否還有下一個元素。通過調(diào)用clear來清除Buffer，以供下次使用。

rewind Buffer

rewind和flip很類似，不同之處在于rewind不會改變limit的值，只會將position重置為0。

public void rewindBuffer(){IntBuffer intBuffer= IntBuffer.allocate(10);intBuffer.put(1).put(2).put(3);log.info("{}",intBuffer);intBuffer.rewind();log.info("{}",intBuffer);}

上面的結(jié)果輸出：

INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=3 lim=10 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=0 lim=10 cap=10]

Compact Buffer

Buffer還有一個compact方法，顧名思義compact就是壓縮的意思，就是把Buffer從當(dāng)前position到limit的值賦值到position為0的位置：

public void useCompact(){IntBuffer intBuffer= IntBuffer.allocate(10);intBuffer.put(1).put(2).put(3);intBuffer.flip();log.info("{}",intBuffer);intBuffer.get();intBuffer.compact();log.info("{}",intBuffer);log.info("{}",intBuffer.array());}

上面代碼輸出：

INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=0 lim=3 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=2 lim=10 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - [2, 3, 3, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]

duplicate Buffer

最后我們講一下復(fù)制Buffer，有三種方法，duplicate，asReadOnlyBuffer，和slice。

duplicate就是拷貝原Buffer的position，limit和mark，它和原Buffer是共享原始數(shù)據(jù)的。所以修改了duplicate之后的Buffer也會同時修改原Buffer。

如果用asReadOnlyBuffer就不允許拷貝之后的Buffer進行修改。

slice也是readOnly的，不過它拷貝的是從原Buffer的position到limit-position之間的部分。

public void duplicateBuffer(){IntBuffer intBuffer= IntBuffer.allocate(10);intBuffer.put(1).put(2).put(3);log.info("{}",intBuffer);IntBuffer duplicateBuffer=intBuffer.duplicate();log.info("{}",duplicateBuffer);IntBuffer readOnlyBuffer=intBuffer.asReadOnlyBuffer();log.info("{}",readOnlyBuffer);IntBuffer sliceBuffer=intBuffer.slice();log.info("{}",sliceBuffer);}

輸出結(jié)果：

INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=3 lim=10 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=3 lim=10 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBufferR[pos=3 lim=10 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=0 lim=7 cap=7]

總結(jié)

今天給小師妹介紹了Buffer的原理和基本操作。

本文的例子https://github.com/ddean2009/learn-java-io-nio

本文作者：flydean程序那些事

本文鏈接：http://www.flydean.com/java-io-nio-buffer/

本文來源：flydean的博客

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的小师妹学JavaIO之:Buffer和Buff的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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