java NIO详解（2）--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。

还是详解（1）中的例子：

public static void main(String[] args) throws Exception {    RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("nio-data.txt", "rw");    FileChannel inChannel = aFile.getChannel();    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);//设定缓存容量capacity of 48 bytes    int bytesRead = inChannel.read(buf);//从通道读进缓存    while (bytesRead != -1) {        buf.flip();//为读做准备        while(buf.hasRemaining()){            System.out.print((char) buf.get());//每次读一个byte        }        buf.clear();//为写做准备        bytesRead = inChannel.read(buf);    }    aFile.close();}

2. Buffer的capacity,position和limit

• capacity：在读/写模式下都是固定的，就是我们分配的缓冲大小（容量）。
• position：类似于读/写指针，表示当前读(写)到什么位置。
• limit：在写模式下表示最多能写入多少数据，此时和capacity相同。在读模式下表示最多能读多少数据，此时和缓存中的实际数据大小相同。

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。

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。

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。

通常用的较多的是ByteBuffer和CharBuffer。

MappedByteBuffer 有些特别，是ByteBuffer的子类。在涉及它的专门章节中再讲。

4. Buffer的分配

• static XxxBuffer allocate(int capacity): 创建一个容量为capacity的XxxBuffer对象。

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。

flip()方法

Buffer有两种模式，写模式和读模式。在写模式下调用flip()之后，Buffer从写模式变成读模式。

那么limit就设置成了position当前的值(即当前写了多少数据)，postion会被置为0，以表示读操作从缓存的头开始读，mark置为-1。

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。

也就是说调用flip()之后，读/写指针position指到缓冲区头部，并且设置了最多只能读出之前写入的数据长度(而不是整个缓存的容量大小)。

flip()源码：

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

6. 从Buffer中读取数据

从Buffer中读取数据有两种方式：

• 从Buffer读取数据到Channel。
• 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。

7. 其他方法

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）。

clear()与compact()方法

public final Buffer clear(){    position = 0; //重置当前读写位置    limit = capacity;     mark = -1;  //取消标记    return this;}

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。

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.

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)。

（注：剩余元素是从 position到limit之间的元素）
（参考：http://ifeve.com/buffers/）

int capacity：

返回Bufer的capacity

boolean hasRemaining：

判断当前位置position和limit之间是否还有元素可供处理

8. Buffer代码示例

public class BufferTest {    public static void main(String[] args) {        // 创建buffer        CharBuffer buffer = CharBuffer.allocate(8);        System.out.println("position:" + buffer.position());        System.out.println("limit:" + buffer.limit());        System.out.println("capacity:" + buffer.capacity());        // 放入元素        buffer.put('a');        buffer.put('b');        buffer.put('c');        System.out.println("放入元素后position:" + buffer.position());        // 调用flip()为读做准备        buffer.flip();        System.out.println("flip后position:" + buffer.position());        System.out.println("flip后limit:" + buffer.limit());        // 取出一个元素        System.out.println("取出position=0的元素:" + buffer.get());        System.out.println("position:"+buffer.position());        //调用clear()        buffer.clear();        System.out.println("clear后limit:"+buffer.limit());        System.out.println("clear后position:"+buffer.position());        System.out.println("数据并没有清除，如第0,1个元素:"+buffer.get(0)+buffer.get(1)+buffer.get(2));        //再次写会覆盖原数据        buffer.put('d');        System.out.println("数据从position其覆盖，如第0,1,2个元素:"+buffer.get(0)+buffer.get(1)+buffer.get(2));         }}

position:0limit:8capacity:8放入元素后position:3flip后position:0flip后limit:3取出position=0的元素:aposition:1clear后limit:8clear后position:0数据并没有清除，如第0,1个元素:abc数据从position其覆盖，如第0,1,2个元素:dbc