【Java】Java NIO 之 Buffer 緩衝區（二）

阿新 • • 發佈：2020-12-28

一、Buffer(緩衝區)介紹

1.1、Buffer(緩衝區)介紹

　　Java NIO Buffers用於和NIO Channel互動。我們從Channel中讀取資料到buffers裡，從Buffer把資料寫入到Channels.

　　Buffer本質上就是一塊記憶體區，可以用來寫入資料，並在稍後讀取出來。這塊記憶體被NIO Buffer包裹起來，對外提供一系列的讀寫方便開發的介面。

　　在Java NIO中使用的核心緩衝區如下（覆蓋了通過I/O傳送的基本資料型別：byte, char、short, int, long, float, double ，long）

ByteBuffer
CharBuffer
ShortBuffer
IntBuffer
FloatBuffer
DoubleBuffer
LongBuffer

1.2、Buffer的基本用法

　　使用Buffer讀寫資料一般遵循以下四個步驟：

寫入資料到Buffer
呼叫flip()方法
從Buffer中讀取資料
呼叫clear()方法或者compact()方法

　　當向buffer寫入資料時，buffer會記錄下寫了多少資料。一旦要讀取資料，需要通過flip()方法將Buffer從寫模式切換到讀模式。在讀模式下，可以讀取之前寫入到buffer的所有資料。

　　一旦讀完了所有的資料，就需要清空緩衝區，讓它可以再次被寫入。有兩種方式能清空緩衝區：呼叫clear()或compact()方法。clear()方法會清空整個緩衝區。compact()方法只會清除已經讀過的資料。任何未讀的資料都被移到緩衝區的起始處，新寫入的資料將放到緩衝區未讀資料的後面。

1.3、Buffer的容量，位置，上限（Buffer Capacity, Position and Limit）

　　Buffer緩衝區實質上就是一塊記憶體，用於寫入資料，也供後續再次讀取資料。這塊記憶體被NIO Buffer管理，並提供一系列的方法用於更簡單的操作這塊記憶體。

　　一個Buffer有三個屬性是必須掌握的，分別是：

capacity（容量）
position（位置）
limit（限制）

　　position和limit的具體含義取決於當前buffer的模式。capacity在兩種模式下都表示容量。

　　這裡有一個關於capacity，position和limit在讀寫模式中的說明，詳細的解釋在插圖後面。

　　capacity（容量）

　　作為一個記憶體塊，Buffer有一個固定的大小值，也叫“capacity”.你只能往裡寫capacity個byte、long，char等型別。一旦Buffer滿了，需要將其清空（通過讀資料或者清除資料）才能繼續寫資料往裡寫資料。

　　position（位置）

　　當你寫資料到Buffer中時，position表示當前的位置。初始的position值為0.當一個byte、long等資料寫到Buffer後， position會向前移動到下一個可插入資料的Buffer單元。

　　position最大可為capacity-1.

　　當讀取資料時，也是從某個特定位置讀。當將Buffer從寫模式切換到讀模式，position會被重置為0. 當從Buffer的position處讀取資料時，position向前移動到下一個可讀的位置。

　　limit（限制）

　　在寫模式下，Buffer的limit表示你最多能往Buffer裡寫多少資料。寫模式下，limit等於Buffer的capacity。

　　當切換Buffer到讀模式時， limit表示你最多能讀到多少資料。因此，當切換Buffer到讀模式時，limit會被設定成寫模式下的position值。換句話說，你能讀到之前寫入的所有資料（limit被設定成已寫資料的數量，這個值在寫模式下就是position）

二、Buffer的常見方法

方法	介紹
abstract Object array()	返回支援此緩衝區的陣列（可選操作）
abstract int arrayOffset()	返回該緩衝區的緩衝區的第一個元素的在陣列中的偏移量（可選操作）
int capacity()	返回此緩衝區的容量
Buffer clear()	清除此快取區。將position = 0;limit = capacity;mark = -1;
Buffer flip()	flip()方法可以吧Buffer從寫模式切換到讀模式。呼叫flip方法會把position歸零，並設定limit為之前的position的值。也就是說，現在position代表的是讀取位置，limit標示的是已寫入的資料位置。
abstract boolean hasArray()	告訴這個緩衝區是否由可訪問的陣列支援
boolean hasRemaining()	return position < limit，返回是否還有未讀內容
abstract boolean isDirect()	判斷個緩衝區是否為 direct
abstract boolean isReadOnly()	判斷告知這個緩衝區是否是隻讀的
int limit()	返回此緩衝區的限制
Buffer position(int newPosition)	設定這個緩衝區的位置
int remaining()	return limit - position; 返回limit和position之間相對位置差
Buffer rewind()	把position設為0，mark設為-1，不改變limit的值
Buffer mark()	將此緩衝區的標記設定在其位置

三、Buffer的使用方式/方法介紹

3.1、分配緩衝區（Allocating a Buffer）

　　為了獲得緩衝區物件，我們必須首先分配一個緩衝區。在每個Buffer類中，allocate()方法用於分配緩衝區。

　　下面是一個分配48位元組capacity的ByteBuffer的例子：

1 ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

　　這是分配一個可儲存1024個字元的CharBuffer：

1 CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

3.2、寫入資料到緩衝區（Writing Data to a Buffer）

　　寫資料到Buffer有兩種方法：

從Channel中寫資料到Buffer
手動寫資料到Buffer，呼叫put方法

　　從Channel寫到Buffer的例子

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

　　通過put方法寫Buffer的例子：

1 buf.put(127);

　　put方法有很多版本，允許你以不同的方式把資料寫入到Buffer中。例如，寫到一個指定的位置，或者把一個位元組陣列寫入到Buffer。更多Buffer實現的細節參考JavaDoc。

3.3、翻轉（flip()）

　　flip方法將Buffer從寫模式切換到讀模式。呼叫flip()方法會將position設回0，並將limit設定成之前position的值。

　　換句話說，position現在用於標記讀的位置，limit表示之前寫進了多少個byte、char等 —— 現在能讀取多少個byte、char等。

3.4、從Buffer讀取資料（Reading Data from a Buffer）

　　從Buffer讀資料也有兩種方式。

從buffer讀資料到channel
從buffer直接讀取資料，呼叫get方法

　　從Buffer讀取資料到Channel的例子：

1 //read from buffer into channel.
2 int bytesWritten = inChannel.write(buf);

　　使用get()方法從Buffer中讀取資料的例子

1 byte aByte = buf.get();

　　get方法有很多版本，允許你以不同的方式從Buffer中讀取資料。例如，從指定position讀取，或者從Buffer中讀取資料到位元組陣列。更多Buffer實現的細節參考JavaDoc。

3.5、rewind()方法

　　Buffer.rewind()將position設回0，所以你可以重讀Buffer中的所有資料。limit保持不變，仍然表示能從Buffer中讀取多少個元素（byte、char等）。

3.6、clear()與compact()方法

　　一旦讀完Buffer中的資料，需要讓Buffer準備好再次被寫入。可以通過clear()或compact()方法來完成。

　　如果呼叫的是clear()方法，position將被設回0，limit被設定成 capacity的值。換句話說，Buffer 被清空了。Buffer中的資料並未清除，只是這些標記告訴我們可以從哪裡開始往Buffer裡寫資料。

　　如果Buffer中有一些未讀的資料，呼叫clear()方法，資料將“被遺忘”，意味著不再有任何標記會告訴你哪些資料被讀過，哪些還沒有。

　　如果Buffer中仍有未讀的資料，且後續還需要這些資料，但是此時想要先先寫些資料，那麼使用compact()方法。

　　compact()方法將所有未讀的資料拷貝到Buffer起始處。然後將position設到最後一個未讀元素正後面。limit屬性依然像clear()方法一樣，設定成capacity。現在Buffer準備好寫資料了，但是不會覆蓋未讀的資料。

3.7、mark()與reset()方法

　　通過呼叫Buffer.mark()方法，可以標記Buffer中的一個特定position。之後可以通過呼叫Buffer.reset()方法恢復到這個position。例如：

1 buffer.mark();
2 
3 //call buffer.get() a couple of times, e.g. during parsing.
4 
5 buffer.reset();  //set position back to mark.

3.8、equals()與compareTo()方法

　　可以使用equals()和compareTo()方法兩個Buffer。

　　equals()

　　當滿足下列條件時，表示兩個Buffer相等：

有相同的型別（byte、char、int等）。
Buffer中剩餘的byte、char等的個數相等。
Buffer中所有剩餘的byte、char等都相同。

　　如你所見，equals只是比較Buffer的一部分，不是每一個在它裡面的元素都比較。實際上，它只比較Buffer中的剩餘元素。

　　compareTo()方法

　　compareTo()方法比較兩個Buffer的剩餘元素(byte、char等)，如果滿足下列條件，則認為一個Buffer“小於”另一個Buffer：

第一個不相等的元素小於另一個Buffer中對應的元素。
所有元素都相等，但第一個Buffer比另一個先耗盡(第一個Buffer的元素個數比另一個少)。

四、Buffer常用方法測試

　　這裡以ByteBuffer為例子說明抽象類Buffer的實現類的一些常見方法的使用：

  1 /**
  2  * 1、緩衝區（Buffer）：
  3  *      在Java NIO 中負責資料的存取，緩衝區九是陣列，用於儲存不同資料型別的資料
  4  * 根據資料型別不同（boolean除外），提供了相應型別的緩衝區
  5  * ByteBuffer
  6  * CharBuffer
  7  * ShortBuffer
  8  * IntBuffer
  9  * LongBuffer
 10  * FloatBuffer
 11  * DoubleBuffer
 12  *
 13  * 2、緩衝區存取資料的兩個核心方法：
 14  * put() ：存入資料到緩衝區中
 15  * get()：獲取緩衝區中的資料
 16  *
 17  * 3、緩衝區中的四個核心屬性：
 18  * capacity：容量，表示緩衝區中最大儲存資料的容量。一旦宣告不能改變
 19  * limit：界限，表示緩衝區中可以操作資料的大小，代表了當前緩衝區中一共有多少資料。。（limit 後資料不能進行讀寫）
 20  * position：位置，表示緩衝區中正在操作資料的位置，Position會自動由相應的 get( )和 put( )函式更新
 21  * mark：標記，一個備忘位置。用於記錄當前position位置，可以通過過reset() 恢復到 mark 的位置。
 22  *
 23  * 規律
 24  * mark <= position <= limit <= capacity
 25  *
 26  * 4、直接緩衝區與非直接緩衝區
 27  * 非直接緩衝區：通過allocate() 方法分配，將緩衝區建立在 JVM 的記憶體中
 28  * 直接緩衝區：通過allocateDirect() 方法分配，將緩衝區建立在實體記憶體中，可以提高效率
 29  *
 30  *
 31  */
 32 public class BufferTest {
 33 
 34     /**
 35      * 測試常用方法
 36      */
 37     @Test
 38     public void test1(){
 39         // 1、分配一個指定大小的快取區
 40         ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(5);
 41 
 42         System.out.println("----------allocate()---------");
 43         System.out.println("position == " + buf.position());
 44         System.out.println("limit == " + buf.limit());
 45         System.out.println("capacity == " + buf.capacity());
 46 
 47 
 48         // 2、利用put() 存入資料到緩衝區區
 49         buf.put("abcde".getBytes());
 50 
 51         System.out.println("----------put()---------");
 52         System.out.println("position == " + buf.position());
 53         System.out.println("limit == " + buf.limit());
 54         System.out.println("capacity == " + buf.capacity());
 55 
 56         // 3、利用flip() 切換讀取資料模式
 57         buf.flip();
 58 
 59         System.out.println("----------flip()---------");
 60         System.out.println("position == " + buf.position());
 61         System.out.println("limit == " + buf.limit());
 62         System.out.println("capacity == " + buf.capacity());
 63 
 64         // 4、利用get() 讀取緩衝區中的資料
 65         byte[] dst = new byte[buf.limit()];
 66         buf.get(dst);
 67 
 68         System.out.println("----------get()---------");
 69         System.out.println("position == " + buf.position());
 70         System.out.println("limit == " + buf.limit());
 71         System.out.println("capacity == " + buf.capacity());
 72 
 73         System.out.println(new String(dst, 0, dst.length));
 74 
 75         // 5、利用rewind() 回到讀模式（可重複讀資料）
 76         buf.rewind();
 77 
 78         System.out.println("----------rewind()---------");
 79         System.out.println("position == " + buf.position());
 80         System.out.println("limit == " + buf.limit());
 81         System.out.println("capacity == " + buf.capacity());
 82 
 83         // 6、利用clear() 清空緩衝區，當是緩衝區的資料還在，可看原始碼
 84         buf.clear();
 85 
 86         System.out.println("----------clear()---------");
 87         System.out.println("position == " + buf.position());
 88         System.out.println("limit == " + buf.limit());
 89         System.out.println("capacity == " + buf.capacity());
 90 
 91         // 測試資料並未被清空
 92         System.out.println((char)buf.get());
 93 
 94     }
 95 
 96     /**
 97      * 測試mark 方法
 98      */
 99     @Test
100     public void test2(){
101         ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
102         buf.put("abcdefg".getBytes());
103         buf.flip();
104 
105         byte[] dst = new byte[buf.limit()];
106         buf.get(dst, 0, 2);
107         System.out.println(new String(dst, 0, 2));
108         System.out.println("position === " + buf.position());
109 
110         buf.mark();
111 
112         buf.get(dst, 2, 2);
113         System.out.println(new String(dst, 2, 2));
114         System.out.println("position === " + buf.position());
115 
116         // 重置到mark的位置
117         buf.reset();
118         System.out.println("position === " + buf.position());
119 
120 
121         // 判斷緩衝區中是否還有剩餘資料
122         if(buf.hasRemaining()) {
123             // 獲取緩衝區中，可以操作的資料數量
124             System.out.println("remaining === " + buf.remaining());
125         }
126     }
127 
128     /**
129      * 直接緩衝區與非直接緩衝區
130      */
131     @Test
132     public void test3(){
133         ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocateDirect(1024);
134 
135         System.out.println(buf.isDirect());
136     }
137 }

【Java】Java NIO 之 Buffer 緩衝區（二）

一、Buffer(緩衝區)介紹

1.1、Buffer(緩衝區)介紹

1.2、Buffer的基本用法

1.3、Buffer的容量，位置，上限（Buffer Capacity, Position and Limit）

capacity（容量）

position（位置）

limit（限制）

二、Buffer的常見方法

三、Buffer的使用方式/方法介紹

3.1、分配緩衝區（Allocating a Buffer）

3.2、寫入資料到緩衝區（Writing Data to a Buffer）

3.3、翻轉（flip()）

3.4、從Buffer讀取資料（Reading Data from a Buffer）

3.5、rewind()方法

3.6、clear()與compact()方法

3.7、mark()與reset()方法

3.8、equals()與compareTo()方法

equals()

compareTo()方法

四、Buffer常用方法測試

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　　compareTo()方法