Java NIO 缓冲技术详解

澳门新葡亰3522平台游戏 2

缓冲区(buffer)是从即将写入通道(channel)或刚刚从通道中读出的一段数据。它是一个持有数据,并扮演NIO通道端点的对象。缓冲区为数据访问和读写过程提供正式机制。

 原文链接     作者:Jakob Jenkov     译者:airu     校对:丁一

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。

它是NIO和老版Java
I/O的一个主要区别。之前数据是直接从流(stream)中读写的,现在数据可以从缓冲区读写。在NIO中,通道是流的同义词。想要了解更多关于NIO通道的信息,
请阅读上一篇教程Java
NIO通道。

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。

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();

 

澳门新葡亰3522平台游戏 1

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。

澳门新葡亰3522平台游戏 2

 

 

NIO缓冲区特征

  • Java NIO的基本组成模块就是缓冲区。
  • 缓冲区提供一个固定大小的容器来读取数据。
  • 每个缓冲区都是可读的,但只有特定缓冲区才是可写的。
  • 缓冲区是通道的端点。
  • 只读缓冲区的内容是不可变的,但是其mark、position和limit都是可变的。
  • 默认情况下,缓冲区都不是线程安全的。

澳门新葡亰3522平台游戏,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。

缓冲区类型

每种原始类型都有一个对应的缓冲区类型。所有的缓冲区类都实现了Buffer接口。最常用的缓冲区类型是ByteBuffer。如下是Java
NIO包中提供的缓冲区类型。

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

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。

缓冲区容量

缓冲区有固定大小,我们只能存储少于“固定大小”的数据,固定大小的值就叫做缓冲区的容量。缓冲区一旦填满则必须清空才能再次写入。容量一旦设置好,在缓存区的生命周期内都不会改变。

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)

缓冲区界限

在写入模式,缓冲区的界限就等于容量。在读模式中,界限指向缓冲区最后一个数据位的下一位。当缓冲区被写入时,界限一直递增。缓冲区的界限永远大于等于零且小于等于容量,0
<= 界限 <= 容量。

Buffer的类型

Java NIO 有以下Buffer类型

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

p<>

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。

缓冲区位置

位置指向缓冲区当前地址。当缓冲区创建时,位置设置为零。读写过程中,位置会递增到下一个索引位置。位置永远在零和界限之间。

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。

 

1 ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

 

这是分配一个可存储1024个字符的CharBuffer:

 

1 CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

 

缓冲区标记

标记类似于给缓冲区设置书签。调用 mark() 时当前位置就被记录下来了,调用
reset() 时标记的位置就被恢复。

缓冲区flip、clear和rewind

缓冲区flip()

flip() 方法用来为缓冲区做准备,进行 get 操作或者准备新的写入序列。flip()
将界限设置到当前位置,然后将位置置为0。

缓冲区clear()

clear() 方法用来为缓冲区做准备,进行 put 操作或者准备新的读序列。clear()
将界限设置到容量的位置,并将位置置为0。

缓冲区rewind()

rewind() 方法用来再次读取已经获取过的数据。rewind()将缓冲区位置置0。

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

 

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

 

通过put方法写Buffer的例子:

 

1 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。

如何读NIO缓冲区

  1. 首先创建缓冲区,分配容量。Buffer有一个 allocate(size)
    方法,可以返回一个 Buffer 对象。ByteBuffer byteBuffer =
    ByteBuffer.allocate(512);
  2. 进行 flip 操作,准备进行读操作。byteBuffer.flip();
  3. 下面可以读入数据。int numberOfBytes = fileChannel.read(byteBuffer);
  4. 接下来可以从缓冲区读取数据。char c = (char)byteBuffer.get();

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。