目錄
- 簡介
- Buffer是什麼
- Buffer進階
- 創建Buffer
- Direct VS non-Direct
- Buffer的日常操作
- 向Buffer寫數據
- 從Buffer讀數據
- rewind Buffer
- Compact Buffer
- duplicate Buffer
- 總結
簡介
小師妹在學習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。什麼都不說了，今天介紹的是NIO的基礎Buffer。老鐵給我上個Buff。
Buffer是什麼
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？
當然不是了，此Buffer非彼Buff，Buffer是NIO的基礎，沒有Buffer就沒有NIO，沒有Buffer就沒有今天的java。
因為NIO是按Block來讀取數據的，這個一個Block就可以看做是一個Buffer。我們在Buffer中存儲要讀取的數據和要寫入的數據，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麼嗎？
小師妹：這個我知道，java對象的底層存儲單位是字節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，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做什麼？
小師妹，山珍再好，也有吃膩的時候，偶爾也要換個蘿蔔白菜啥的，你以為乾隆下江南都幹了些啥？
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是這些基礎類型的集合，為什麼不直接用結合來表示呢？給他們封裝成一個對象，好像有點多餘。
我們既然在面向對象的世界，從表面來看自然是使用Object比較合乎情理，從底層的本質上看，這些封裝的Buffer包含了一些額外的元數據信息，並且還提供了一些意想不到的功能。
上圖列出了Buffer中的幾個關鍵的概念，分別是Capacity，Limit，Position和Mark。Buffer底層的本質是數組，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目，這個是在Buffer創建初期就設置的，不可以被改變。
- Limit表示的Buffer中可以被訪問的元素個數，也就是說Buffer中存活的元素個數。
- 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，當我們調用mark方法的時候，會把設置Mark為當前的position，通過調用reset方法把Mark的值恢復到position中。
創建Buffer
小師妹：F師兄呀，這麼多Buffer創建起來是不是很麻煩？有沒有什麼快捷的使用辦法？
一般來說創建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後的數組是自定義的，wrap還支持三個參數的方法，後面兩個參數分別是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的底層是不是數組實現的，可以看到，不管是wrap還是allocate，其底層都是數組。
需要注意的一點，最後，我們調用了clear方法，clear方法調用之後，我們發現Buffer的position和limit都被重置了。這說明wrap的三個參數方法設定的只是初始值，可以被重置。
Direct VS non-Direct
小師妹：F師兄，你說了兩種創建Buffer的方法，但是兩種Buffer的後台都是數組，難道還有非數組的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有什麼區別呢？
Direct Buffer就是說，不需要在用戶空間再複製拷貝一份數據，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佔用更多的資源，並且因為Direct Buffer不在用戶空間之內，所以也不受垃圾回收機制的管轄。
所以通常來說只有在數據量比較大，生命周期比較長的數據來使用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確實有那麼一點複雜，那麼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寫數據
向Buffer寫數據可以調用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在什麼位置。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讀數據
讀數據使用get方法，但是在get方法之前我們需要調用flip方法。
flip方法是做什麼用的呢？上面講到Buffer有個position和limit字段，position會隨着get或者put的方法自動指向後面一個元素，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，不同之處在於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
最後我們講一下複製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是共享原始數據的。所以修改了duplicate之後的Buffer也會同時修改原Buffer。
如果用asReadOnlyBuffer就不允許拷貝之後的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
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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