【NIO总结】—NIO中的缓冲区

        NIO中的缓冲区是一个用于特定基本数据类型的容器。在java.io包中定义，所有缓冲区都是Buffer抽象类的子类。Buffer主要用于和NIO通道进行交互，数据可以从通道读入缓冲区，也可以从缓冲区写入到通道中。Buffer就像一个数组，可以保存多个相同类型的数据。

缓冲区的类型

根据数据类型的不同，缓冲区的类型分为以下几类，其中不包括boolean对应的Buffer：

        ByteBuffer：字节缓冲区

        CharBuffer：字符缓冲区

        DoubleBuffer：双精浮点缓冲区

        FloatBuffer：单精浮点缓冲区

        IntBuffer：整型缓冲区

        LongBuffer：长整型缓冲区

        ShortBuffer：短整型缓冲区

这些不同的Buffer类都采用相似的方法操作数据，只不过操作的数据类型不同而已。例如：

        获取缓冲区(以字节缓冲区为例)：ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(int capacity)或ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(int capacity)。

        存入数据(以字节缓冲区为例)：buffer.put("a".getBytes())，提供单个字节存入或以字节数组的形式存入。

        取出数据(以字节缓冲区为例)：buffer.get()，提供获取单个字节的操作，也提供取出字节数组的形式。

        清空缓冲区(以字节缓冲区为例)：buffer.clear()，清空缓冲区并返回对缓冲区的引用，清空后数据不会丢失，只不过被标记为“被遗忘”状态，通过get还是可以获取到。

        设置可读状态(以字节缓冲区为例)：buffer.flip()，将缓冲区的界限设置为当前位置，并将当前位置设置为0，使得buffer设置为可读状态，此时可将buffer中的数据写入到channel中。

        重复可读(以字节缓冲区为例)：buffer.rewind()，将buffer设置为重复可读，也就是将当前位置设置为0，并取消设置的mark。

            

核心概念

 

        容量(capacity)：表示Buffer的最大容量，缓冲区容量不能为负，并且创建后不可更改。

        限制(limit)：第一个不能读取或写入的数据的位置，即位于limit后面的数据不可读写。缓冲区的限制不能为负，也不能大于容量。

        位置(position)：下一个要读取或写入的数据的索引。缓冲区的位置不能为负，并且不能大于其限制。

        标记(mark)与重置(reset)：标记是一个索引，通过Buffer中的mark()方法制定一个特定的position，之后可以调用reset()方法将position恢复到当前mark所在的位置。

        它们四个索引的值关系为：0 <= mark <= position <= limit <= capacity。

       

        当Buffer创建时，设置容量为10，此时的capacity=10，limit=10，position=0，当向Buffer中存入数据后，对于字节缓冲区来说，每存入一个字节，position就会向后移动1，如果存入5个字节，此时position的位置便是5，因为索引下标是从0开始的。当buffer调用flip()方法切换到读模式后，会将limit置为position，将position置为0，此时就可以从buffer中读取数据。随着数据不断读取，position不断后移，直至移动到limit的位置，表示数据读取完全。如果读取数据时要求不从第0个位置开始读，而是从第2个位置开始，此时就要调用mark()方法将position标记到第2个位置，这样再次读取的时候就会从mark标记的位置开始读，调用reset()方法可将position设置到mark的位置。rewind()方法可以设置重复读，一次读取完成后，调用rewind()方法，将position置为0，再次开始读取，类似于flip()。下面的方法可以测试上面的核心概念以及常用的Buffer的方法：

@Testpublic void testCoreConception(){    //1、创建一个Buffer    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);    System.out.println(buffer.position());    System.out.println(buffer.limit());    System.out.println(buffer.capacity());    //2、向Buffer中加入5个字符    buffer.put("a".getBytes());    buffer.put("b".getBytes());    buffer.put("c".getBytes());    buffer.put("d".getBytes());    buffer.put("e".getBytes());    System.out.println("\n");    System.out.println(buffer.position());    System.out.println(buffer.limit());    System.out.println(buffer.capacity());    //3、执行flip()方法后    buffer.flip();    System.out.println("\n");    System.out.println(buffer.position());    System.out.println(buffer.limit());    System.out.println(buffer.capacity());    //4、从Buffer中get数据之后    byte data = buffer.get();    System.out.println("\n");    System.out.println(buffer.position());    System.out.println(buffer.limit());    System.out.println(buffer.capacity());    //5、测试rewind()    buffer.rewind();    System.out.println("\n");    System.out.println(buffer.position());    System.out.println(buffer.limit());    System.out.println(buffer.capacity());    //6、测试mark()和reset()    byte data0 = buffer.get();    buffer.mark();    byte data1 = buffer.get();    buffer.reset();    System.out.println("\n");    System.out.println(buffer.position());    System.out.println(buffer.limit());    System.out.println(buffer.capacity());    //7、测试clear()    buffer.clear();    System.out.println("\n");    System.out.println(buffer.position());    System.out.println(buffer.limit());    System.out.println(buffer.capacity());    byte data2 = buffer.get();    System.out.println((char)data2);}

直接和非直接缓冲区

        缓冲区的创建方式有两种，allocate(int capacity)和allocationDirect(int capacity)，两种方式都是创建缓冲区，前面的一种是创建非直接缓冲区，后面的方法是创建直接缓冲区。

        非直接缓冲区：非直接缓冲区是由allocate()方法创建的，创建后存在于JVM内存中。此时在内核地址空间和用户地址空间之间存在着数据copy的过程，降低了数据传输的效率。

             

        直接缓冲区：直接缓冲区是由allocateDirect(int capacity)方法创建的，也可以通过FileChannel的map()方法将文件区域直接映射到内存中来创建。直接缓冲区是占用物理内存的，在物理内存中创建映射文件，从而取消了内核地址空间和用户地址空间之间的数据copy过程，提高了效率。

                  

        直接缓冲区和非直接缓冲区可以通过isDirect()方法来判断，非直接缓冲区占用JVM内存，缓冲区的分配和取消都是建立在JVM的基础上的，不会影响物理内存。直接缓冲区将映射文件映射在屋里内存中，它的分配和取消通常需要更高的成本，如果数据量较大，可能会占用内存过多导致电脑卡顿。所以，如果需要频繁创建或取消的缓冲区，最好使用非直接缓冲区，而相对稳定的缓冲区可以使用直接缓冲区。

@Testpublic void testDirectBuffer(){    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);    ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.allocateDirect(10);    System.out.println(buffer.isDirect());    System.out.println(buffer1.isDirect());}