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Java NIO系列教程(三) Buffer

时间:2018-11-18 12:08:29      阅读:209      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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Java NIO系列教程(三) Buffer

Java NIO 中的 Buffer 用于和 NIO 通道进行交互。如你所知,数据是从通道读入缓冲区,从缓冲区写入到通道中的。

缓冲区本质上是一块可以写入数据,然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成 NIO Buffer 对象,并提供了一组方法,用来方便的访问该块内存。

1. Buffer 的基本用法

使用 Buffer 读写数据一般遵循以下四个步骤:

  1. 写入数据到 Buffer
  2. 调用 flip() 方法
  3. 从 Buffer 中读取数据
  4. 调用 clear() 方法或者 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。

//1. 分配一个指定大小的缓冲区
ByteBuffer buf1= ByteBuffer.allocate(1024);
System.out.println(buf1); // [pos=0 lim=1024 cap=1024]

//2. 利用 put() 存放数据到缓冲区
buf1.put("abc".getBytes());
System.out.println(new String(buf1.array())); // abc
System.out.println(buf1); // [pos=3 lim=1024 cap=1024]

//3. buf1.put(0, (byte)‘z‘)时position不变
buf1.put(0, (byte)‘z‘);
System.out.println(new String(buf1.array())); // zbc
System.out.println(buf1); // [pos=3 lim=1024 cap=1024]

//4. 切换到读模式
buf1.flip();
System.out.println(buf1); // [pos=0 lim=3 cap=1024]

//5. get() 读数据,position + 1
for (int i = 0; i < buf1.limit(); i++) {
    System.out.println(buf1.get());
}
System.out.println(buf1); // [pos=3 lim=3 cap=1024]

//6. get(0) 读数据,position 不变
buf1.get(1);
System.out.println(buf1); // [pos=3 lim=3 cap=1024]

//7. rewind() 重读模式,postion = 0,limit 不变
buf1.rewind();
System.out.println(buf1); // [pos=0 lim=3 cap=1024]

//8. buf.get(bytes)读一个字节数组
byte[] bytes = new byte[buf.limit()];
buf.get(bytes);
System.out.println(new String(bytes));  //[pos=3 lim=3 cap=1024]

//9. buf.hasRemaining()
if (buf.hasRemaining()) {
   System.out.println(buf.remaining());
}

//10. buf.duplicate()
ByteBuffer buf2 = buf.duplicate();

//11. mark() 和 reset()
buf1.mark();
buf1.reset();

//12. compact() 保留未读的部分切换到时写模式
buf1.position(1).limit(3);
System.out.println(buf1); // [pos=1 lim=3 cap=1024]
buf1.compact();
System.out.println(buf1); // [pos=2 lim=1024 cap=1024]

//13. clear() 切换到时写模式
buf1.clear();
System.out.println(buf1); // [pos=0 lim=1024 cap=1024]

2. Buffer 的 capacity, position 和 limit

缓冲区本质上是一块可以写入数据,然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成 NIO Buffer 对象,并提供了一组方法,用来方便的访问该块内存。

为了理解 Buffer 的工作原理,需要熟悉它的三个属性:

  • capacity
  • position
  • limit

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,详细的解释在插图后面。

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Java源代码: java.nio.Buffer

// Invariants: mark <= position <= limit <= capacity
private int mark = -1;
private int position = 0;
private int limit;
private int capacity;

(1) capacity

作为一个内存块,Buffer 有一个固定的大小值,也叫 “capacity”。你只能往里写 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。

(2) position

当你写数据到 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。

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。

(3) limit

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。

当切换 Buffer 到读模式时, 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)。

(4) mark

标记,表示记录当前 postion 的位置。可以通过 reset 恢复到时 mark 的位置。

注:mark <= postion <= limit <= capacity

3. Buffer 的类型

Java NIO 有以下 Buffer 类型

  • ByteBuffer
  • MappedByteBuffer
  • CharBuffer
  • DoubleBuffer
  • FloatBuffer
  • IntBuffer
  • LongBuffer
  • ShortBuffer

如你所见,这些 Buffer 类型代表了不同的数据类型。换句话说,就是可以通过 char,short,int,long,float 或 double 类型来操作缓冲区中的字节。

MappedByteBuffer 有些特别,在涉及它的专门章节中再讲。

4. Buffer 的分配

要想获得一个 Buffer 对象首先要进行分配。 每一个 Buffer 类都有一个 allocate 方法。下面是一个分配 48 字节 capacity 的 ByteBuffer 的例子。

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

这是分配一个可存储 1024 个字符的 CharBuffer:

CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

5. 向 Buffer 中 写数据

写数据到 Buffer 有两种方式:

  1. 从 Channel 写到 Buffer。
  2. 通过 Buffer 的 put() 方法写到 Buffer 里。

从 Channel 写到 Buffer 的例子

int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.

通过 put 方法写 Buffer 的例子:

buf.put(127);

注意: buf.put(127) 和 buf.put(0, 127) 区别,前者 postion 会 +1,后者不变,buf.get() 和 buf.get(0) 类似。

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入到 Buffer。

6. flip() 方法

public final Buffer flip() {
    limit = position;
    position = 0;
    mark = -1;
    return this;
}

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,现在能读取多少个 byte、char 等。

7. 从 Buffer 中读取数据

从 Buffer 中读取数据有两种方式:

  1. 从 Buffer 读取数据到Channel。
  2. 使用 get() 方法从 Buffer 中读取数据。

从 Buffer 读取数据到 Channel 的例子:

//read from buffer into channel.
int bytesWritten = inChannel.write(buf);

使用 get() 方法从 Buffer 中读取数据的例子

byte aByte = buf.get();

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。

8. rewind() 方法

public final Buffer rewind() {
    position = 0;
    mark = -1;
    return this;
}

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)。

9. clear() 与 compact() 方法

一旦读完 Buffer 中的数据,需要让 Buffer 准备好再次被写入。可以通过 clear() 或 compact() 方法来完成。

public final Buffer clear() {
    position = 0;
    limit = capacity;
    mark = -1;
    return this;
}

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。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。

public ByteBuffer compact() {
    System.arraycopy(hb, ix(position()), hb, ix(0), remaining());
    position(remaining());
    limit(capacity());
    discardMark();
    return this;
}

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。

10. mark() 与 reset() 方法

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

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:

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

11. equals() 与 compareTo() 方法

可以使用 equals() 和 compareTo() 方法两个 Buffer。

equals

当满足下列条件时,表示两个 Buffer 相等:

  1. 有相同的类型(byte、char、int等)。
  2. Buffer 中剩余的 byte、char 等的个数相等。
  3. Buffer 中所有剩余的 byte、char 等都相同。

如你所见,equals 只是比较 Buffer 的一部分,不是每一个在它里面的元素都比较。实际上,它只比较 Buffer 中的剩余元素。

compareTo

compareTo() 方法比较两个 Buffer 的剩余元素(byte、char等), 如果满足下列条件,则认为一个 Buffer “小于”另一个 Buffer:

  1. 第一个不相等的元素小于另一个 Buffer 中对应的元素 。
  2. 所有元素都相等,但第一个 Buffer 比另一个先耗尽(第一个Buffer的元素个数比另一个少)。

(译注:剩余元素是从 position 到 limit 之间的元素)

转载自并发编程网 – ifeve.com,本文链接地址: Java NIO系列教程(三) Buffer

Java NIO系列教程(三) Buffer

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原文地址:https://www.cnblogs.com/binarylei/p/9977396.html

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