Java NIO中的缓冲区Buffer(一)缓冲区基础

什么是缓冲区(Buffer)

定义

简单地说就是一块存储区域,哈哈哈,可能太简单了,或者可以换种说法,从代码的角度来讲(可以查看JDK中Buffer、ByteBuffer、DoubleBuffer等的源码),Buffer类内部其实就是一个基本数据类型的数组,以及对这个缓冲数组的各种操作;

常见的缓冲区如ByteBuffer、IntBuffer、DoubleBuffer…内部对应的数组依次是byte、int、double…

与通道的关系

在Java NIO中,缓冲区主要是跟通道(Channel)打交道,数据总是从缓冲区写入到通道中,或者从通道读取数据到缓冲区;

继承结构

关于Buffer的继承结构,我们可以简单的以ByteBuffer为例,如下:

Buffer是顶层抽象类,ByteBuffer继承Buffer,也是抽象类,ByteBuffer最常见的两个具体实现类如下:

DirectByteBuffer(JVM堆外部、通过unsafe.allocateMemory实现)、HeapByteBuffer(JVM堆

缓冲区的四个属性(capacity、limit、position、mark)

容量(capacity)

capacity指的是缓冲区能够容纳元素的最大数量,这个值在缓冲区创建时被设定,而且不能够改变,如下,我们创建了一个最大容量为10的字节缓冲区;

ByteBuffer bf = ByteBuffer.allocate(10);

上界(limit)

limit指的是缓冲区中第一个不能读写的元素的数组下标索引,也可以认为是缓冲区中实际元素的数量;

位置(position)

position指的是下一个要被读写的元素的数组下标索引,该值会随get()和put()的调用自动更新;

标记(mark)

一个备忘位置,调用mark()方法的话,mark值将存储当前position的值,等下次调用reset()方法时,会设定position的值为之前的标记值;

四个属性值之间的关系

根据以上四个属性的定义,我们可以总结出它们之间的关系如下:

0 <= mark <= position <= limit <= capacity

举个例子,观察四个属性值的变化

 1、创建一个容量大小为10的字符缓冲区

ByteBuffer bf = ByteBuffer.allocate(10);

此时:mark = -1; position = 0; limit = 10; capacity = 10;

2、往缓冲区中put()五个字节

bf.put((byte)'H').put((byte)'e').put((byte)'l').put((byte)'l').put((byte)'0');

注意这里一个字符是占用两个字节的,但是英文字符只占用一个字节,所以这样是可以实现储存效果的;

此时:mark = -1; position = 5; limit = 10; capacity = 10;

3、调用flip()方法,切换为读就绪状态

bf.flip();

此时:mark = -1; position = 0; limit = 5; capacity = 10;

 

 4、读取两个元素

System.out.println("" + (char) bf.get() + (char) bf.get());

 此时:mark = -1; position = 2; limit = 5; capacity = 10;

5、标记此时的position位置

bf.mark();

此时:mark = 2; position = 2; limit = 5; capacity = 10;

6、读取两个元素后,恢复到之前mark的位置处

System.out.println("" + (char) bf.get() + (char) bf.get());
bf.reset();

属性变化情况:

执行完第一行代码:mark = 2; position = 4; limit = 5; capacity = 10;

执行完第二行代码:mark = 2; position = 2; limit = 5; capacity = 10;

7、调用compact()方法,释放已读数据的空间,准备重新填充缓存区

bf.compact();

此时:mark = 2; position = 3; limit = 10; capacity = 10;

 注意观察数组中元素的变化,实际上进行了数组拷贝,抛弃了已读字节元素,保留了未读字节元素;

 缓冲区比较

其实查看equals源码就可以知道是如何比较的,如下(以ByteBuffer为例):

public boolean equals(Object ob) {
        if (this == ob)
            return true;
        if (!(ob instanceof ByteBuffer))
            return false;
        ByteBuffer that = (ByteBuffer)ob;
        if (this.remaining() != that.remaining())
            return false;
        int p = this.position();
        for (int i = this.limit() - 1, j = that.limit() - 1; i >= p; i--, j--)
            if (!equals(this.get(i), that.get(j)))
                return false;
        return true;
    }

总的来说,两个缓冲区被认为相等的条件如下(以下内容直接摘自《Java NIO》):

  1. 两个对象类型相同。包含不同数据类型的 buffer 永远不会相等,而且 buffer绝不会等于非 buffer 对象。
  2. 两个对象都剩余同样数量的元素。Buffer 的容量不需要相同,而且缓冲区中剩余数据的索引也不必相同。但每个缓冲区中剩余元素的数目(从位置到上界)必须相同。
  3. 在每个缓冲区中应被 Get()方法返回的剩余数据元素序列必须一致。

批量读写缓冲区数据

以ByteBuffer为例,使用如下API即可:

public ByteBuffer get(byte[] dst, int offset, int length)

public ByteBuffer put(byte[] src, int offset, int length)

public ByteBuffer get(byte[] dst)

public final ByteBuffer put(byte[] src)

实际上,后面两种方法内部就是调用前面两种方法的;

参数的含义直接查看源码注释即可,写的很清楚,如put(byte[] src, int offset, int length)方法的注释:

    /* @param  src
     *         The array from which bytes are to be read
     *
     * @param  offset
     *         The offset within the array of the first byte to be read;
     *         must be non-negative and no larger than <tt>array.length</tt>
     *
     * @param  length
     *         The number of bytes to be read from the given array;
     *         must be non-negative and no larger than
     *         <tt>array.length - offset</tt>
     */

 参考资料

《Java NIO》

IT文库 » Java NIO中的缓冲区Buffer(一)缓冲区基础
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