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通道之間的數(shù)據(jù)傳輸
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緩沖區(qū)
SocketChannel
Java NIO 與 IO

緩沖區(qū)

Java NIO 中的 Buffer 用于和 NIO 通道進行交互。如你所知,數(shù)據(jù)是從通道讀入緩沖區(qū),從緩沖區(qū)寫入到通道中的。

緩沖區(qū)本質上是一塊可以寫入數(shù)據(jù),然后可以從中讀取數(shù)據(jù)的內存。這塊內存被包裝成 NIO Buffer 對象,并提供了一組方法,用來方便的訪問該塊內存。

下面是 NIO Buffer 相關的話題列表:

  1. Buffer 的基本用法
  2. Buffer 的 capacity,position 和 limit
  3. Buffer 的類型
  4. Buffer 的分配
  5. 向 Buffer 中寫數(shù)據(jù)
  6. flip() 方法
  7. 從 Buffer 中讀取數(shù)據(jù)
  8. clear() 與 compact() 方法
  9. mark() 與 reset() 方法
  10. equals() 與 compareTo() 方法

Buffer 的基本用法

使用 Buffer 讀寫數(shù)據(jù)一般遵循以下四個步驟:

  1. 寫入數(shù)據(jù)到 Buffer
  2. 調用flip()方法
  3. 從 Buffer 中讀取數(shù)據(jù)
  4. 調用clear()方法或者compact()方法

當向 buffer 寫入數(shù)據(jù)時,buffer 會記錄下寫了多少數(shù)據(jù)。一旦要讀取數(shù)據(jù),需要通過 flip() 方法將 Buffer 從寫模式切換到讀模式。在讀模式下,可以讀取之前寫入到 buffer 的所有數(shù)據(jù)。

一旦讀完了所有的數(shù)據(jù),就需要清空緩沖區(qū),讓它可以再次被寫入。有兩種方式能清空緩沖區(qū):調用 clear() 或 compact() 方法。clear() 方法會清空整個緩沖區(qū)。compact() 方法只會清除已經(jīng)讀過的數(shù)據(jù)。任何未讀的數(shù)據(jù)都被移到緩沖區(qū)的起始處,新寫入的數(shù)據(jù)將放到緩沖區(qū)未讀數(shù)據(jù)的后面。

下面是一個使用 Buffer 的例子:

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();  
//create buffer with capacity of 48 bytes  
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);  
int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.  
while (bytesRead != -1) {  
  buf.flip();  //make buffer ready for read  
  while(buf.hasRemaining()){  
      System.out.print((char) buf.get()); // read 1 byte at a time  
  }  
  buf.clear(); //make buffer ready for writing  
  bytesRead = inChannel.read(buf);  
}  
aFile.close();  

Buffer 的 capacity,position 和 limit

緩沖區(qū)本質上是一塊可以寫入數(shù)據(jù),然后可以從中讀取數(shù)據(jù)的內存。這塊內存被包裝成 NIO Buffer 對象,并提供了一組方法,用來方便的訪問該塊內存。

為了理解 Buffer 的工作原理,需要熟悉它的三個屬性:

  • capacity
  • position
  • limit

position 和 limit 的含義取決于 Buffer 處在讀模式還是寫模式。不管 Buffer 處在什么模式,capacity 的含義總是一樣的。

這里有一個關于 capacity,position 和 limit 在讀寫模式中的說明,詳細的解釋在插圖后面。

http://wiki.jikexueyuan.com/project/java-nio/images/4.png" alt="" />

capacity

作為一個內存塊,Buffer 有一個固定的大小值,也叫 “capacity”。 你只能往里寫 capacity 個 byte、long,char 等類型。一旦 Buffer 滿了,需要將其清空(通過讀數(shù)據(jù)或者清除數(shù)據(jù))才能繼續(xù)寫數(shù)據(jù)往里寫數(shù)據(jù)。

position

當你寫數(shù)據(jù)到 Buffer 中時,position 表示當前的位置。初始的 position 值為 0. 當一個 byte、long 等數(shù)據(jù)寫到 Buffer 后, position 會向前移動到下一個可插入數(shù)據(jù)的 Buffer 單元。position 最大可為 capacity – 1。

當讀取數(shù)據(jù)時,也是從某個特定位置讀。當將 Buffer 從寫模式切換到讀模式,position 會被重置為 0。當從 Buffer 的 position 處讀取數(shù)據(jù)時,position 向前移動到下一個可讀的位置。

limit

在寫模式下,Buffer 的 limit 表示你最多能往 Buffer 里寫多少數(shù)據(jù)。 寫模式下,limit 等于 Buffer 的 capacity。

當切換 Buffer 到讀模式時,limit 表示你最多能讀到多少數(shù)據(jù)。因此,當切換 Buffer 到讀模式時,limit 會被設置成寫模式下的 position 值。換句話說,你能讀到之前寫入的所有數(shù)據(jù)(limit 被設置成已寫數(shù)據(jù)的數(shù)量,這個值在寫模式下就是 position)

Buffer 的類型

Java NIO 有以下 Buffer 類型

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

如你所見,這些 Buffer 類型代表了不同的數(shù)據(jù)類型。換句話說,就是可以通過 char,short,int,long,float 或 double 類型來操作緩沖區(qū)中的字節(jié)。

MappedByteBuffer 有些特別,在涉及它的專門章節(jié)中再講。

Buffer 的分配

要想獲得一個 Buffer 對象首先要進行分配。 每一個 Buffer 類都有一個 allocate 方法。下面是一個分配 48 字節(jié) capacity 的 ByteBuffer 的例子。

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

這是分配一個可存儲 1024 個字符的 CharBuffer:

CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

向 Buffer 中寫數(shù)據(jù)

寫數(shù)據(jù)到 Buffer 有兩種方式:

  • 從 Channel 寫到 Buffer。
  • 通過 Buffer 的 put() 方法寫到 Buffer 里。

從 Channel 寫到 Buffer 的例子

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

通過 put 方法寫 Buffer 的例子:

buf.put(127);

put 方法有很多版本,允許你以不同的方式把數(shù)據(jù)寫入到 Buffer 中。例如, 寫到一個指定的位置,或者把一個字節(jié)數(shù)組寫入到 Buffer。 更多 Buffer 實現(xiàn)的細節(jié)參考 JavaDoc。

flip() 方法

flip 方法將 Buffer 從寫模式切換到讀模式。調用 flip() 方法會將 position 設回 0,并將 limit 設置成之前 position 的值。

換句話說,position 現(xiàn)在用于標記讀的位置,limit 表示之前寫進了多少個 byte、char 等 —— 現(xiàn)在能讀取多少個 byte、char 等。

從 Buffer 中讀取數(shù)據(jù)

從 Buffer 中讀取數(shù)據(jù)有兩種方式:

  • 從 Buffer 讀取數(shù)據(jù)到 Channel。
  • 使用 get() 方法從 Buffer 中讀取數(shù)據(jù)。

從 Buffer 讀取數(shù)據(jù)到 Channel 的例子:

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

使用 get() 方法從 Buffer 中讀取數(shù)據(jù)的例子

byte aByte = buf.get();

get 方法有很多版本,允許你以不同的方式從 Buffer 中讀取數(shù)據(jù)。例如,從指定 position 讀取,或者從 Buffer 中讀取數(shù)據(jù)到字節(jié)數(shù)組。更多 Buffer 實現(xiàn)的細節(jié)參考 JavaDoc。

rewind() 方法

Buffer.rewind() 將 position 設回 0,所以你可以重讀 Buffer 中的所有數(shù)據(jù)。limit 保持不變,仍然表示能從 Buffer 中讀取多少個元素(byte、char 等)。

clear() 與 compact() 方法

一旦讀完 Buffer 中的數(shù)據(jù),需要讓 Buffer 準備好再次被寫入。可以通過 clear() 或 compact() 方法來完成。

如果調用的是 clear() 方法,position 將被設回 0,limit 被設置成 capacity 的值。換句話說,Buffer 被清空了。Buffer 中的數(shù)據(jù)并未清除,只是這些標記告訴我們可以從哪里開始往 Buffer 里寫數(shù)據(jù)。

如果 Buffer 中有一些未讀的數(shù)據(jù),調用 clear() 方法,數(shù)據(jù)將 “被遺忘”,意味著不再有任何標記會告訴你哪些數(shù)據(jù)被讀過,哪些還沒有。

如果 Buffer 中仍有未讀的數(shù)據(jù),且后續(xù)還需要這些數(shù)據(jù),但是此時想要先先寫些數(shù)據(jù),那么使用 compact() 方法。

compact() 方法將所有未讀的數(shù)據(jù)拷貝到 Buffer 起始處。然后將 position 設到最后一個未讀元素正后面。limit 屬性依然像 clear() 方法一樣,設置成 capacity。現(xiàn)在 Buffer 準備好寫數(shù)據(jù)了,但是不會覆蓋未讀的數(shù)據(jù)。

mark() 與 reset() 方法

通過調用 Buffer.mark() 方法,可以標記 Buffer 中的一個特定 position。之后可以通過調用 Buffer.reset() 方法恢復到這個 position。例如:

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

equals() 與 compareTo() 方法

可以使用 equals() 和 compareTo() 方法兩個 Buffer。

equals()

當滿足下列條件時,表示兩個 Buffer 相等:

  1. 有相同的類型(byte、char、int 等)。
  2. Buffer 中剩余的 byte、char 等的個數(shù)相等。
  3. Buffer 中所有剩余的 byte、char 等都相同。

如你所見,equals 只是比較 Buffer 的一部分,不是每一個在它里面的元素都比較。實際上,它只比較 Buffer 中的剩余元素。

compareTo() 方法

compareTo() 方法比較兩個 Buffer 的剩余元素 (byte、char 等), 如果滿足下列條件,則認為一個 Buffer“小于” 另一個 Buffer:

  1. 第一個不相等的元素小于另一個 Buffer 中對應的元素 。
  2. 所有元素都相等,但第一個 Buffer 比另一個先耗盡 (第一個 Buffer 的元素個數(shù)比另一個少)。

(譯注:剩余元素是從 position 到 limit 之間的元素)

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