Java NIO中的Buffer

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简介

　　Buffer缓冲区，首先要弄明白的是，缓冲区是怎样一个概念。Buffer是把数据保存在内存中，它本质上用来保存数据的数据结构是数组，例如ByteBuffer是byte数组，IntBuffer是int数组等，对Buffer读写操作，其实是对该数组进行数据存放、读取、清除操作。

　　Buffer可以理解成是一个容器，可以往容器里写入数据，也可以从容器中读取数据，可以一个字节一个字节的读写，也可以多个字节读写，可以在写的途中切换为读，读到一半又切换到写，等等。。。

　　Buffer有以下几个属性:

  • int mark 标记
  • int position 位置
  • int limit限制

  • int capacity缓冲区的容量，Buffer的容量是固定的，在创建Buffer对象时，制定容量大小。

    　　这几个属性，有什么作用，用在什么地方，为何设置这4个属性。其实不用先理解，在了解reset(),flip()等方法后，就会明白这四个属性的用处。

主要方法

mark、reset

  • mark()在Buffer当前的位置设置标记

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

  • reset()重置Buffer当前的位置为上一次的标记

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

　　这两个方法的使用场景，从Buffer读取n个字节数据，结果读出来的数据长度比n小（比如网络是拆包问题），这时候会重新再读一次，调用reset()方法。但并不是所有读操作是从位置0开始读，所以在reset()先设置一个标记，调用mark()，最后position = mark，就是从标记的mark位置开始读。

clear,flip, rewind

  • clear()清除Buffer
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    public final Buffer clear() {
        position = 0;
        limit = capacity;
        mark = -1;
        return this;
    }
  • flip()反转Buffer,何谓“反转”？在执行完写操作之后，调用调用flip()为下次的读操作准备。
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    public final Buffer flip() {
        limit = position;
        position = 0;
        mark = -1;
        return this;
    }
    　　使用场景：在进行完写操作后，写入100个字节，所以当前位置position=100，为了下次读操作，读出来是这100个字节数据，所以limit也设为100，限制最多读到100个字节。下次读是从位置0开始，所以position=0。
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    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(100);
    String value = "zhangxh20";
    buffer.put(value.getBytes());
    buffer.flip();
    byte [] arr = new byte[buffer.remaining()];
    buffer.get(arr);
    String decodeValue = new String(arr);
    　　看下调用flip()操作前后的对比。
    flip()之前
    　　如果不做flip操作，读到的将是position到capacity之间的错误内容。
    flip()操作之后
    当执行flip()操作之后，它的limit被设置为position，position设置为0，capacity不变，由于读取的内容是从position到limit之间，因此，他能够正确读取到之前写入缓冲区的内容。
  • rewind()重绕Buffer，可以发现rewind()比flip()少了个步骤limit = positon。
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    public final Buffer rewind() {
        position = 0;
        mark = -1;
        return this;
    }
    　　使用场景：buffer.get(array)，把buffer的数据复制到array数组里，会调用buffer的get()方法。get()是从position开始复制,最多limit个，所以只需positon设置为0。

不变式
标记、位置、限制和容量值遵守以下不变式：

0 <= 标记 <= 位置 <= 限制 <= 容量
新创建的缓冲区总有一个 0 位置和一个未定义的标记。初始限制可以为 0，也可以为其他值，这取决于缓冲区类型及其构建方式。一般情况下，缓冲区的初始内容是未定义的。

线程安全

　　Buffer不是线程安全的，被多个线程使用时，需要加同步。

ByteBuffer

　　ByteBuffer字节缓冲区，即每次调用get()或者put()操作的数据最小单位是byte，理IntBuffer、LongBuffer、DoubleBuffer以此类推。例如LongBuffer put()最小的单位是8个字节的long数据。日常开发中，ByteBuffer使用的会比较多，其他类型Buffer很少使用。
　　事实上ByteBuffer也可以用来表示其他类型Buffer，比如IntBuffer的get()，可以用ByteBuffer的getInt()，两个实现效果一样。

堆内存和直接内存

　　Buffer在创建时，必须指定容量大小，还有分配内存的类型，有两种堆内存和直接内存，直接可以理解为堆外的内存空间，区别就是，直接内存是不受GC管理

参考资料

  • 《Netty权威指南》