【从入门到放弃-Java】并发编程-NIO-Buffer

前言

上篇【从入门到放弃-Java】并发编程-NIO-Channel中我们学习到channel是双向通道，数据通过channel在实体（文件、socket）和缓冲区（buffer）中可以双向传输。

本文我们就来学习下buffer

简介

buffer即缓冲区，实际上是一块内存，可以用来写入、读取数据。是一个线性的、大小有限的、顺序承载基础数据类型的内存块。

buffer有三个重要的属性：

capacity：缓冲池大小，是不可变的。当buffer写满时，需要先清空才能继续写入。
limit：是buffer中不可以被读或者写的第一个元素的位置，limit的大小永远不会超过capacity（在写模式下，limit等于capacity）
position：是buffer中可以被读或者写的第一个元素的位置，position的大小永远不会超过limit

除了boolean外，每一个基础数据类型都有对应的buffer。如：ByteBuffer、CharBuffer、LongBuffer等

buffer不是线程安全的，如果要在多线程中使用需要加锁控制

接下来以ByteBuffer为例开始学习。

ByteBuffer

allocateDirect

public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity) {//会创建一个容量大小为capacity的DirectByteBuffer（ByteBuffer的子类）return new DirectByteBuffer(capacity);
}

allocate

public static ByteBuffer allocate(int capacity) {if (capacity < 0)throw createCapacityException(capacity);//会创建一个容量大小为capacity的HeapByteBuffer（ByteBuffer的子类）return new HeapByteBuffer(capacity, capacity);
}

HeapByteBuffer和DirectByteBuffer的区别：

DirectByteBuffer是直接调用native方法在本机os::malloc()创建堆外内存；HeapByteBuffer是直接在jvm的堆中分配内存。
当buffer中的数据和磁盘、网络等的交互都在操作系统的内核中发生时，使用DirectByteBuffer能避免从内核态->用户态->内核态的切换开销，所有的处理都在内核中进行，性能会比较好
当频繁创建操作数据量比较小的buffer时，使用HeapByteBuffer在jvm堆中分配内存能抵消掉使用DirectByteBuffer带来的好处。

wrap

public static ByteBuffer wrap(byte[] array,int offset, int length)
{try {return new HeapByteBuffer(array, offset, length);} catch (IllegalArgumentException x) {throw new IndexOutOfBoundsException();}
}public static ByteBuffer wrap(byte[] array) {return wrap(array, 0, array.length);}

将byte数组包装成一个ByteBuffer

读数据

使用get方法从Buffer中读取数据
从Buffer中读取数据到Channel即：Channel::write() (从buffer中读取数据写入到资源中，所以是write)

写数据

使用put方法直接设置Buffer中的数据
从Channel中读取数据到Buffer即：Channel::read() (从资源中读取数据写入到buffer中，所以是read)

position

//获取buffer中当前position的位置
public final int position() {return position;
}//设置buffer的position为newPosition，注意newPosition要大于0且小于limit，如果remark大于newPosition则设置为-1
public Buffer position(int newPosition) {if (newPosition > limit | newPosition < 0)throw createPositionException(newPosition);position = newPosition;if (mark > position) mark = -1;return this;
}

limit

//获取buffer中当前limit的位置
public final int limit() {return limit;
}//设置buffer的limit为newLimit，注意newLimit要大于0且小于capacity。如果position大于newLimit这设置为newLimit，如果remark大于newLimit则设置为-1
public Buffer limit(int newLimit) {if (newLimit > capacity | newLimit < 0)throw createLimitException(newLimit);limit = newLimit;if (position > limit) position = limit;if (mark > limit) mark = -1;return this;
}

mark

public Buffer mark() {//标记mark为当前positionmark = position;return this;
}

将当前位置做标记，在使用reset方法时，可以回到当前mark的位置

reset

public Buffer reset() {int m = mark;if (m < 0)throw new InvalidMarkException();//设置position为当前markposition = m;return this;
}

回到之前设置mark的位置

clear

public Buffer clear() {//设置position为0position = 0;//limit设置为capacity大小limit = capacity;//mark设置为-1（初始化）mark = -1;return this;
}

读取完数据后调用clear，即将buffer逻辑上清空了，可以从0开始写入数据

flip

public Buffer flip() {//limit设置为当前位置limit = position;//position设置为0position = 0;//mark设置为-1（初始化）mark = -1;return this;
}

将buffer从写模式设置为读模式，limit设置为当前position的位置，即只能读取limit大小的数据

rewind

public Buffer rewind() {position = 0;mark = -1;return this;
}

将position设置为0，即从头开始读取

remaining

public final int remaining() {return limit - position;
}

返回buffer中还有多少byte是未读的

hasRemaining

public final boolean hasRemaining() {return position < limit;
}

是否已读完

compact

public ByteBuffer compact() {System.arraycopy(hb, ix(position()), hb, ix(0), remaining());position(remaining());limit(capacity());discardMark();return this;
}

将position和limit直接的数据copy到byteBuffer的起始处，将已读数据清空，并将新的position设置为当前未读数据的末尾。这样能避免clear方法会将未读数据也清空的问题

slice

public ByteBuffer slice() {return new HeapByteBufferR(hb,-1,0,this.remaining(),this.remaining(),this.position() + offset);
}ByteBuffer slice(int pos, int lim) {assert (pos >= 0);assert (pos <= lim);int rem = lim - pos;return new HeapByteBufferR(hb,-1,0,rem,rem,pos + offset);
}

新创建一个ByteBuffer，将缓存区分片，设置一个子缓冲区，实际上内存还是共享的，数据发生改变，两个缓冲区读取的数据都会是改变后的。

总结

Buffer最重要的三个属性：position、limit、capacity。牢记这三个属性的含义及读写切换时，设置值是如何变化的，Buffer的核心知识点就掌握了。

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