NIO中Buffer缓冲区的实现

不问归期 提交于 2020-03-03 23:28:10

Buffer 缓冲区

Java的NIO中Buffer至关重要:buffer是读写的中介,主要和NIO的通道交互。数据是通过通道读入缓冲区和从缓冲区写入通道的。

其实缓冲区buffer的本质就是一块可以读写的内存块。这块内存块被包装成NIO的Buffer对象,并提供了一组方法方便读写。

3.1 Buffer的基本用法:

使用Buffer读写数据一般是下面步骤: 
1. 写入数据到Buffer 
2. 调用flip()方法:Buffer从写模式切换到读模式。 
3. 从buffer读取数据 
4. 调用clear()方法或则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。

下面是一个简单的示例:

 1 RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");
 2 FileChannel inChannel = aFile.getChannel();
 3 
 4 //create buffer with capacity of 48 bytes
 5 ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
 6 
 7 int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.
 8 while (bytesRead != -1) {
 9 
10   buf.flip();  //make buffer ready for read
11 
12   while(buf.hasRemaining()){
13       System.out.print((char) buf.get()); // read 1 byte at a time
14   }
15 
16   buf.clear(); //make buffer ready for writing
17   bytesRead = inChannel.read(buf);
18 }
19 aFile.close();

3.2 Buffer中的三个重要变量capacity、position、limit

在JDK中NIO的源码中Buffer的基类Buffer有三个变量如下:

1 private int position = 0;
2 private int limit;
3 private int capacity;

缓冲区本质是一块可以读写的内存块;为了理解Buffer的工作原理,我们需要深入的理解这三个变量。

position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,详细的解释在下面的插图后面: 

capacity 

也就是缓冲区的容量大小。我们只能往里面写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 

(1)当我们写数据到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.

(2)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 

(1)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。

(2)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)

解析JDK源码 
此外,我们以IntBuffer为例,讲解:查看源码: 
先看构造函数:

1 public static IntBuffer allocate(int var0) {
2     if(var0 < 0) {
3         throw new IllegalArgumentException();
4     } else {
5         return new HeapIntBuffer(var0, var0);
6     }
7 }

查看上面的源码可以知道,allocate函数会实例化HeapIntBuffer这个buffer,我们进入查看HeapIntBuffer这个类的构造函数:

1 class HeapIntBuffer extends IntBuffer {
2     HeapIntBuffer(int var1, int var2) {
3         super(-1, 0, var2, var1, new int[var1], 0);
4     }
5 }

看到上面你的源码可知:构造函数是包级别的,而且HeapIntBuffer是继承自IntBuffer,在HeapIntBuffer构造函数中是实例化父类对象。我们查看IntBuffer这个类的源码,发现:

1 final int[] hb;
2 final int offset;
3 boolean isReadOnly;

从上面的源码可知,上面的buffer是基于数组实现的。

3.3 Buffer的类型:

Java的NIO中有以下一些Buffer类型: 
- ByteBuffer 
- CharBuffer 
- DoubleBuffer 
- FloatBuffer 
- IntBuffer 
- LongBuffer 
- ShortBuffer

从上我们可以猜出,不同的Buffer表示存储不同的数据类型,也就是说可以通过char、short、int….double等类型来操作缓冲区。

3.4 Buffer的分配

要想获得一个Buffer对象首先应该进行分配,每个Buffer对象都有一个静态方法allocate(),该方法分配对应buffer对象的缓冲区大小。

下面是一个分配 100个字节 的capacity的ByteBuffer的示例:

1 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(100);

下面示例2是一个分配 1024个字符 的CharBuffer的示例:

1 CharBuffer buffer = CharBuffer.allocate(1024);

3.5 向Buffer中写入数据:

写数据到Buffer有两种: 
1. 从Channel中获取数据写入Buffer 
2. 通过Buffer的put()方法写到Buffer中

下面通过示例来解释这两种方法: 
通过channel哎写数据到buffer中:

1 int bytesRead = inChannel.read(buffer); //读取通道里面的数据写入buffer中,并返回写入的数据对的字节数
2 buffer.put(127);

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到Buffer。

3.6 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,现在也只能读取多少个byte、char等。

3.7 从Buffer中读取数据

从Buffer中读取数据也是有两种: 
1. 从Buffer读取数据到Channel。 
2. 使用get()方法从Buffer中读取数据。

下面通过示例来解释这两种方法: 
从Buffer读取数据到Channel:

1 int bytesWritten = inChannel.write(buffer);//将通道中的数据读取出放入buffer中,并返回读取到的数据的字节数
2 byte aByte = buffer.get(127);
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。

3.8 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)。

3.9 clear()与compact()方法

一旦读完Buffer中的数据(例如把buffer中的数据传入通道中),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。实际上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。

3.10 mark()与reset()方法;这两个方法成对使用;

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 1 buffer.mark();
2 2 //call buffer.get() a couple of times, e.g. during parsing.
3 3 buffer.reset();  //set position back to mark

文章转载自:http://blog.csdn.net/u010853261/article/details/53464397

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