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缓冲区

传统的流和通道的对比

流与块的比较

原来的 I/O 库(在 java.io.*中) 与 NIO 最重要的区别是数据打包和传输的方式。正如前面提到的，原来的 I/O 以流的方式处理数据，而 NIO 以块的方式处理数据。

面向流 的 I/O 系统一次一个字节地处理数据。一个输入流产生一个字节的数据，一个输出流消费一个字节的数据。为流式数据创建过滤器非常容易。链接几个过滤器，以便每个过滤器只负责单个复杂处理机制的一部分，这样也是相对简单的。不利的一面是，面向流的 I/O 通常相当慢。

一个 面向块 的 I/O 系统以块的形式处理数据。每一个操作都在一步中产生或者消费一个数据块。按块处理数据比按(流式的)字节处理数据要快得多。但是面向块的 I/O 缺少一些面向流的 I/O 所具有的优雅性和简单性。

1.1只读缓冲区

只读缓冲区非常简单 — 您可以读取它们，但是不能向它们写入。可以通过调用缓冲区的 asReadOnlyBuffer() 方法，将任何常规缓冲区转换为只读缓冲区，这个方法返回一个与原缓冲区完全相同的缓冲区(并与其共享数据)，只不过它是只读的。

只读缓冲区对于保护数据很有用。在将缓冲区传递给某个对象的方法时，您无法知道这个方法是否会修改缓冲区中的数据。创建一个只读的缓冲区可以 保证 该缓冲区不会被修改。

不能将只读的缓冲区转换为可写的缓冲区。

1.2直接和间接缓冲区

ByteBuffer allocate()与ByteBuffer allocateDirect() 方法的区别：

在Java中当我们要对数据进行更底层的操作时，一般是操作数据的字节（byte）形式，这时经常会用到ByteBuffer这样一个类。ByteBuffer提供了两种静态实例方式： 

public static ByteBuffer allocate(int capacity)  
public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity)  

为什么要提供两种方式呢？这与Java的内存使用机制有关。第一种分配方式产生的内存开销是在JVM中的，而另外一种的分配方式产生的开销在JVM之外，以就是系统级的内存分配。当Java程序接收到外部传来的数据时，首先是被系统内存所获取，然后在由系统内存复制复制到JVM内存中供Java程序使用。所以在另外一种分配方式中，能够省去复制这一步操作，效率上会有所提高。可是系统级内存的分配比起JVM内存的分配要耗时得多，所以并非不论什么时候allocateDirect的操作效率都是最高的。以下是一个不同容量情况下两种分配方式的操作时间对照： 

由图能够看出，当操作数据量非常小时，两种分配方式操作使用时间基本是同样的，第一种方式有时可能会更快，可是当数据量非常大时，另外一种方式会远远大于第一种的分配方式。

另一种有用的 ByteBuffer 是直接缓冲区。 直接缓冲区 是为加快 I/O 速度，而以一种特殊的方式分配其内存的缓冲区。

实际上，直接缓冲区的准确定义是与实现相关的。Sun 的文档是这样描述直接缓冲区的：

给定一个直接字节缓冲区，Java 虚拟机将尽最大努力直接对它执行本机 I/O 操作。也就是说，它会在每一次调用底层操作系统的本机 I/O 操作之前(或之后)，尝试避免将缓冲区的内容拷贝到一个中间缓冲区中(或者从一个中间缓冲区中拷贝数据)。

您可以在例子程序 FastCopyFile.java 中看到直接缓冲区的实际应用，这个程序是 CopyFile.java 的另一个版本，它使用了直接缓冲区以提高速度。

还可以用内存映射文件创建直接缓冲区.

public class FastCopyFile
{
  static public void main( String args[] ) throws Exception {
    if (args.length<2) {
      System.err.println( "Usage: java FastCopyFile infile outfile" );
      System.exit( 1 );
    }

    String infile = args[0];
    String outfile = args[1];
    //第一步是获取通道。我们从 FileInputStream 获取通道：
    FileInputStream fin = new FileInputStream( infile );
    FileOutputStream fout = new FileOutputStream( outfile );
    
    FileChannel fcin = fin.getChannel();
    FileChannel fcout = fout.getChannel();
    //下一步是创建缓冲区：
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect( 1024 );//直接缓冲区
    //检查状态
    //下一步是检查拷贝何时完成。当没有更多的数据时，拷贝就算完成，
    //   并且可以在 read() 方法返回 -1 是判断这一点，如下所示：
    while (true) {
      buffer.clear();

      int r = fcin.read( buffer );

      if (r==-1) {
        break;
      }

      buffer.flip();
//最后一步是写入缓冲区中：
      fcout.write( buffer );
    }
  }
}

1.3NIO 中两个重要的缓冲区组件：状态变量和访问方法 (accessor)

状态变量

可以用三个值指定缓冲区在任意时刻的状态：

• position
• limit
• capacity

Position

您可以回想一下，缓冲区实际上就是美化了的数组。在从通道读取时，您将所读取的数据放到底层的数组中。 position 变量跟踪已经写了多少数据。更准确地说，它指定了下一个字节将放到数组的哪一个元素中。因此，如果您从通道中读三个字节到缓冲区中，那么缓冲区的 position 将会设置为3，指向数组中第四个元素。

同样，在写入通道时，您是从缓冲区中获取数据。 position 值跟踪从缓冲区中获取了多少数据。更准确地说，它指定下一个字节来自数组的哪一个元素。因此如果从缓冲区写了5个字节到通道中，那么缓冲区的 position 将被设置为5，指向数组的第六个元素。

Limit

limit 变量表明还有多少数据需要取出(在从缓冲区写入通道时)，或者还有多少空间可以放入数据(在从通道读入缓冲区时)。

position 总是小于或者等于 limit。

Capacity

缓冲区的 capacity 表明可以储存在缓冲区中的最大数据容量。实际上，它指定了底层数组的大小 ― 或者至少是指定了准许我们使用的底层数组的容量。

limit 决不能大于 capacity。

访问方法

到目前为止，我们只是使用缓冲区将数据从一个通道转移到另一个通道。然而，程序经常需要直接处理数据。例如，您可能需要将用户数据保存到磁盘。在这种情况下，您必须将这些数据直接放入缓冲区，然后用通道将缓冲区写入磁盘。

或者，您可能想要从磁盘读取用户数据。在这种情况下，您要将数据从通道读到缓冲区中，然后检查缓冲区中的数据。

在本节的最后，我们将详细分析如何使用 ByteBuffer 类的 get() 和 put() 方法直接访问缓冲区中的数据。

get() 方法

ByteBuffer 类中有四个 get() 方法：

1. byte get();
2. ByteBuffer get( byte dst[] );
3. ByteBuffer get( byte dst[], int offset, int length );
4. byte get( int index );

第一个方法获取单个字节。第二和第三个方法将一组字节读到一个数组中。第四个方法从缓冲区中的特定位置获取字节。那些返回 ByteBuffer 的方法只是返回调用它们的缓冲区的 this 值。

此外，我们认为前三个 get() 方法是相对的，而最后一个方法是绝对的。 相对 意味着 get() 操作服从 limit 和 position 值 ― 更明确地说，字节是从当前 position 读取的，而 position 在 get 之后会增加。另一方面，一个 绝对 方法会忽略 limit 和 position 值，也不会影响它们。事实上，它完全绕过了缓冲区的统计方法。

上面列出的方法对应于 ByteBuffer 类。其他类有等价的 get() 方法，这些方法除了不是处理字节外，其它方面是是完全一样的，它们处理的是与该缓冲区类相适应的类型。

put()方法

ByteBuffer 类中有五个 put() 方法：

1. ByteBuffer put( byte b );
2. ByteBuffer put( byte src[] );
3. ByteBuffer put( byte src[], int offset, int length );
4. ByteBuffer put( ByteBuffer src );
5. ByteBuffer put( int index, byte b );

第一个方法 写入（put） 单个字节。第二和第三个方法写入来自一个数组的一组字节。第四个方法将数据从一个给定的源 ByteBuffer 写入这个 ByteBuffer。第五个方法将字节写入缓冲区中特定的 位置 。那些返回 ByteBuffer 的方法只是返回调用它们的缓冲区的 this 值。

与 get() 方法一样，我们将把 put() 方法划分为 相对 或者 绝对 的。前四个方法是相对的，而第五个方法是绝对的。

上面显示的方法对应于 ByteBuffer 类。其他类有等价的 put() 方法，这些方法除了不是处理字节之外，其它方面是完全一样的。它们处理的是与该缓冲区类相适应的类型。

1.4缓冲区分配和包装

在能够读和写之前，必须有一个缓冲区。要创建缓冲区，您必须 分配 它。我们使用静态方法 allocate() 来分配缓冲区：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024 );

allocate() 方法分配一个具有指定大小的底层数组，并将它包装到一个缓冲区对象中 ― 在本例中是一个 ByteBuffer。

您还可以将一个现有的数组转换为缓冲区，如下所示：

byte array[] = new byte[1024];
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap( array );

public class CreateBuffer
{
  static public void main( String args[] ) throws Exception {
      //要创建缓冲区，您必须 分配 它。我们使用静态方法 allocate() 来分配缓冲区：
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024 );

    buffer.put( (byte)‘a‘ );
    buffer.put( (byte)‘b‘ );
    buffer.put( (byte)‘c‘ );

    //buffer.flip();

    System.out.println( (char)buffer.get() );
    System.out.println( (char)buffer.get() );
    System.out.println( (char)buffer.get() );
  }
}
运行结果：
a
b
c

方法二：通过对数组的包装来实现，使用了 wrap() 方法将一个数组包装为缓冲区，本例使用了 wrap() 方法将一个数组包装为缓冲区。必须非常小心地进行这类操作。一旦完成包装，底层数据就可以通过缓冲区或者直接访问。

public class CreateArrayBuffer
{
  static public void main( String args[] ) throws Exception {
    //allocate() 方法分配一个具有指定大小的底层数组，并将它包装到一个缓冲区对象中
    byte array[] = new byte[1024];
     //本例使用了 wrap() 方法将一个数组包装为缓冲区。必须非常小心地进行这类操作。
    //一旦完成包装，底层数据就可以通过缓冲区或者直接访问。

//可以分配来创建，也可以通过对数组的包装来实现

    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap( array );

    buffer.put( (byte)‘a‘ );
    buffer.put( (byte)‘b‘ );
    buffer.put( (byte)‘c‘ );

    buffer.flip();

    System.out.println( (char)buffer.get() );
    System.out.println( (char)buffer.get() );
    System.out.println( (char)buffer.get() );
  }
}
运行结果：
a
b
c

1.5缓冲区份片和数据共享

slice() 方法根据现有的缓冲区创建一种 子缓冲区 。也就是说，它创建一个新的缓冲区，新缓冲区与原来的缓冲区的一部分共享数据。

使用例子可以最好地说明这点。让我们首先创建一个长度为 10 的 ByteBuffer：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 10 );

然后使用数据来填充这个缓冲区，在第 n 个槽中放入数字 n：

for (int i=0; i<buffer.capacity(); ++i) {
     buffer.put( (byte)i );
}

现在我们对这个缓冲区 分片 ，以创建一个包含槽 3 到槽 6 的子缓冲区。在某种意义上，子缓冲区就像原来的缓冲区中的一个 窗口 。

窗口的起始和结束位置通过设置 position 和 limit 值来指定，然后调用 Buffer 的 slice() 方法：

buffer.position( 3 );
buffer.limit( 7 );
ByteBuffer slice = buffer.slice();

片 是缓冲区的 子缓冲区 。不过， 片段 和 缓冲区 共享同一个底层数据数组，我们在下一节将会看到这一点。

缓冲区份片和数据共享

我们已经创建了原缓冲区的子缓冲区，并且我们知道缓冲区和子缓冲区共享同一个底层数据数组。让我们看看这意味着什么。

我们遍历子缓冲区，将每一个元素乘以 11 来改变它。例如，5 会变成 55。

for (int i=0; i<slice.capacity(); ++i) {
     byte b = slice.get( i );
     b *= 11;
     slice.put( i, b );
}

最后，再看一下原缓冲区中的内容：

buffer.position( 0 );
buffer.limit( buffer.capacity() );

while (buffer.remaining()>0) {
     System.out.println( buffer.get() );
}

结果表明只有在子缓冲区窗口中的元素被改变了：

$ java SliceBuffer
0
1
2
33
44
55
66
7
8
9

FileInputStream fin = new FileInputStream( "readandshow.txt" );
FileChannel fc = fin.getChannel();

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024 );

fc.read( buffer );

FileOutputStream fout = new FileOutputStream( "writesomebytes.txt" );
FileChannel fc = fout.getChannel();

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024 );

for (int i=0; i<message.length; ++i) {
     buffer.put( message[i] );
}
buffer.flip();

fc.write( buffer )；

fcin.read( buffer );
fcout.write( buffer );

int r = fcin.read( buffer );

if (r==-1) {
     break;
}

buffer.clear();
int r = fcin.read( buffer );

if (r==-1) {
     break;
}

buffer.flip();
fcout.write( buffer );

public class ReadAndShow {
    static public void main(String args[]) throws Exception {
        FileInputStream fin = new FileInputStream("readandshow.txt");
        FileChannel fc = fin.getChannel();

        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        //通过通道读取数据到缓存区
        fc.read(buffer);

        buffer.flip();

        int i = 0;
        while (buffer.remaining() > 0) {
            byte b = buffer.get();
            System.out.println("Character " + i + ": " + ((char) b));
            i++;
        }

        fin.close();
    }
}

【NIO基础1】缓冲区

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原文地址：http://www.cnblogs.com/guweiwei/p/6524405.html