【Netty】NIO 缓冲区 ( Buffer ) 组件

文章目录

I . NIO 三大核心组件对应关系
II . 缓冲区 ( Buffer ) 类
III . 缓冲区 ( Buffer ) 机制
IV . 缓冲区 ( Buffer ) 机制示例解析
V . 缓冲区 ( Buffer ) 提供的方法
VI . 字节缓冲区 ( ByteBuffer ) 提供的方法

I . NIO 三大核心组件对应关系

下图是 NIO 三大核心组件 , 选择器 ( Selector ) , 通道 ( Channel ) , 缓冲区 ( Buffer ) , 与服务器端线程 , 客户端 , 结构图 ;

1 . 解析上图 NIO 核心组件对应关系 :

① 通道缓冲区对应 : 每个通道 ( Channel ) 都对应一个缓冲区 ( Buffer ) ;

② 选择器通道关联方式 : 每个选择器 ( Selector ) 对应多个通道 ( Channel ) , 通道 ( Channel ) 是通过注册的方式 , 注册给选择器 ( Selector ) ;

③ 选择器线程对应 : 每个选择器 ( Selector ) 对应一个线程 ;

④ 线程通道对应 : 每个线程对应多个通道 ( Channel ) ;

2 . 引申要素分析 :

① BIO 单向流机制 : BIO 中使用 Socket 进行通信时 , 每个流都是单向的 , 输入流只能读取数据 , 不能写出数据 ; 输出流只能写出数据 , 不能读取数据 ;

② 缓冲区 ( Buffer ) 本质 : 缓冲区 ( Buffer ) 本质是一个数组 ;

③ 缓冲区 ( Buffer ) 双向机制 : NIO 中的缓冲区 ( Buffer ) 是双向的 , 既可以读取数据 , 又可以写出数据 , 但是注意读写的方向是相反的 , 读取状态转为写出状态时 , 需要调用 flip() 方法翻转缓冲区 ( Buffer ) ;

④ 通道 ( Channel ) 双向机制 : 通道 ( Channel ) 负责读写缓冲区 ( Buffer ) , 因此通道 ( Channel ) 也必须是双向的 ;

⑤ 事件 ( Event ) : 事件 ( Event ) 决定选择器 ( Selector ) 选择哪条通道 ( Channel ) , 决定线程为哪个通道 ( Channel ) 服务 ;

II . 缓冲区 ( Buffer ) 类

Buffer 常用子类 :

ByteBuffer : 字节缓冲区 ;
ShortBuffer : 短整型缓冲区 ;
CharBuffer : 字符缓冲区 ;
IntBuffer : 整型缓冲区 ;
LongBuffer : 长整型缓冲区 ;
DoubleBuffer : 双精度浮点型缓冲区 ;
FloatBuffer : 单精度浮点型缓冲区 ;

上述 ByteBuffer 使用频率最高 , 一般情况下 , 传输数据使用 ByteBuffer 进行数据的传输 ;

III . 缓冲区 ( Buffer ) 机制

缓冲区 ( Buffer ) : 缓冲区 ( Buffer ) 是在内存中开辟出一块内存 , 并提供一组 API 专门用于读写内存中的数据 ;

缓冲区 ( Buffer ) 机制 : 其内部提供了一系列机制 , 如记录当前的操作 ( 读取 / 写出 ) 位置等实时信息 ;

缓冲区 ( Buffer ) 标志位 :

① mark : 标记 , 用途由开发者自定义 ;

② position : 标识当前数组索引 ;

③ limit : 缓冲区当前的限制大小 , 如果当前的 position 大于 limit 值 , 无法进行读写操作 , 该值可以修改 ;

④ capacity : 缓冲区 ( Buffer ) 容量 , 缓冲区创建时设置 , 无法修改该容量值 ;

mark ≤\leq≤ position ≤\leq≤ limit ≤\leq≤ capacity

IV . 缓冲区 ( Buffer ) 机制示例解析

解析缓冲区 ( Buffer ) 机制 , 逐步 Debug 代码 , 及给出每个步骤的示意图 , 解析过程中的 1 . 2 . 3 . 标号与代码中的标号一致 ;

public class BufferDemo {public static void main(String[] args) {//1 . 创建一个存储 Int 类型数据的 Buffer , 可以存储 8 个 Int 数据IntBuffer buffer = IntBuffer.allocate(8);//2 . 设置 只 读写 3 个元素buffer.limit(3);//3 . 向 Buffer 中写入数据for(int i = 0; i < buffer.limit(); i ++){buffer.put(i);}//从 Buffer 中取出数据//4 . 先将 Buffer 翻转一下 , 然后读取 , 读出的数据与存储的数据顺序一样buffer.flip();//5 . 循环读取 buffer 中的 Int 数据, 维护了一个索引 ,//代表当前操作的数据索引 , 即 positionwhile (buffer.hasRemaining()){System.out.println("position " + buffer.position() + " . " + buffer.get());}}
}

1 . 创建 Buffer 缓冲区 : 此时创建了一个空的缓冲区 , 888 个元素默认初始化为 0 , position 为 000 , limit 和 capacity 为 888 ;

2 . 设置 limit 限制 : 只使用 888 个容器中的 333 个 , 如果 position ≥\geq≥ 3 , 读写时报异常 ;

3 . 向 Buffer 中写入数据 :

① 向 Buffer 中写入 000 : 写入后 , position 变为 111 , 第 0 个元素变为 0 ( 看不出来 ) ;

② 向 Buffer 中写入 111 : 写入后 , position 变为 222 , 第 1 个元素变为 1 ;

③ 向 Buffer 中写入 222 : 写入后 , position 变为 333 , 第 2 个元素变为 2 ; 此时 position ≥\geq≥ limit , 如果在读写缓冲区 , 就要崩溃了 , 退出循环 , 执行下面的操作 ;

4 . 翻转操作 : 将当前的 position 333 设置成 limit , 然后将 position 设置成 000 , 清除 mark 值 ( 这里没有 ) ;

5 . 读取缓冲区 ( Buffer ) 数据 :

① 读取第 000 个数据 : 读取到 000 , position 变为 111 ;

② 读取第 111 个数据 : 读取到 111 , position 变为 222 ;

③ 读取第 111 个数据 : 读取到 222 , position 变为 333 ; 至此 , 程序全部执行完毕 ;

V . 缓冲区 ( Buffer ) 提供的方法

Buffer 是抽象类 , 是所有的缓冲区类的父类 , 其提供的以下方法 , 在其它 777 个类中都可以使用 ;

与标志位相关方法 :

int capacity() : 获取缓冲区容量 ;
int position() : 获取缓冲区当前读取或写出的索引位置 , 每读取 / 写出一个元素 , 位置都会自增 , 指向下一个将要读取 / 写出的位置 ;
Buffer position (int newPosition) : 强行设置缓冲区的位置 , 跳转到指定的位置读取或写出数据 ;
int limit() : 获取缓冲区可操作性限制大小 ;
Buffer limit(int newLimit) : 设置缓冲区的新的可操作限制大小 ;
Buffer mark() : 将当前的 position 设置为 mark ;
Buffer reset() : 将 position 设置成 mark 的位置 ;

缓冲区变换相关方法 :

Buffer clear() : 清除缓冲区的四大标志位 , 缓冲区的数据保持不变 ;
Buffer flip() : 翻转操作 , limit 设置成当前 position 值 , position 设置为 0, mark 清除 ;
Buffer rewind() : 重绕操作 ;
Buffer remaining() : 获取当前 position 和 limit 的差值 ;

判定相关方法 :

boolean hasRemaining() : position 和 limit 是否相等 , 之间还有没有元素 ;
boolean isReadOnly() : 当前缓冲区是否是可读缓冲区 ;
boolean isDirect() : 该缓冲区是否是直接缓冲区 ;

数组相关 :

boolean hasArray() : 该缓冲区的底层实现数组是否可以访问 ;
Object array() : 获取缓冲区的底层数组 ;
int arrayOffset() : 获取缓冲区第一个元素在底层数组中的索引 ;

VI . 字节缓冲区 ( ByteBuffer ) 提供的方法

字节缓冲区 ( ByteBuffer ) 是最常用的缓冲区 , 一般在客户端与服务器端交互使用的最多的就是字节缓冲区 ;

ByteBuffer 是 Buffer 的派生类 , 因此上面的 Buffer 中的所有方法都可以在 ByteBuffer 中使用 ;

缓冲区构建相关 API :

ByteBuffer allocateDirect(int capacity) : 创建直接字节缓冲区 , 并指定缓冲区大小 ;
ByteBuffer allocate(int capacity) : 创建字节缓冲区 , 并指定缓冲区大小 ;
ByteBuffer wrap(byte[] array) : 创建字节缓冲区 , 将 byte 数组放入缓冲区中 ;
ByteBuffer wrap(byte[] array , int offset , int length) : 创建字节缓冲区 , 将 byte 数组的第 offset 个元素开始的 length 个元素放入缓冲区中 ;