Java基础知识强化之IO流笔记74：NIO之 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：前面写入数据到Buffer的时候，指针到达了Buffer末尾，这里需要使用flip（）反转一下，将缓存字节数组的指针设置为数组的开始序列即数组下标0。这样就可以从buffer开头，对该buffer进行遍历（读取）了。

（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。

下面是一个使用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();

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处在写模式还是读模式。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：

（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.  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. 因此可知position范围是： ~ 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）

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：

• 从Channel写到Buffer。
• 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);

　　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。 更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。

6. flip()方法

　　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。更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。

8. rewind()方法

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。

　　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。

　　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

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()方法

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)。