小師妹學JavaIO之:NIO中那些奇怪的Buffer

時間 2020-06-14

標籤師妹 javaio nio 那些奇怪 buffer 欄目 Java 简体版

原文原文鏈接

簡介

妖魔鬼怪快快顯形，今天F師兄幫助小師妹來斬妖除魔啦，什麼BufferB，BufferL，BufferRB，BufferRL，BufferS，BufferU，BufferRS，BufferRU通通給你剖析個清清楚楚明明白白。java

Buffer的分類

小師妹：F師兄不都說JDK源碼是最好的java老師嗎？爲程不識源碼，就稱牛人也枉然。可是我最近在學習NIO的時候居然發現有些Buffer類竟然沒有註釋，就那麼突兀的寫在哪裏，讓人好生心煩。程序員

更多內容請訪問 www.flydean.com

竟然還有這樣的事情？快帶F師兄去看看。spring

小師妹：F師兄你看，以ShortBuffer爲例，它的子類怎麼後面都帶一些奇奇怪怪的字符：架構

什麼什麼BufferB，BufferL，BufferRB，BufferRL，BufferS，BufferU，BufferRS，BufferRU都來了，點進去看他們的源碼也沒有說明這些類究竟是作什麼的。spring-boot

還真有這種事情，給我一個小時，讓我仔細研究研究。oop

一個小時後，小師妹，通過我一個小時的辛苦勘察，結果發現，確實沒有官方文檔介紹這幾個類究竟是什麼含義，可是師兄我掐指一算，好像發現了這些類之間的小祕密，且聽爲兄娓娓道來。學習

以前的文章，咱們講到Buffer根據類型能夠分爲ShortBuffer，LongBuffer，DoubleBuffer等等。區塊鏈

可是根據本質和使用習慣，咱們又能夠分爲三類，分別是：ByteBufferAsXXXBuffer，DirectXXXBuffer和HeapXXXBuffer。this

ByteBufferAsXXXBuffer主要將ByteBuffer轉換成爲特定類型的Buffer，好比CharBuffer，IntBuffer等等。spa

而DirectXXXBuffer則是和虛擬內存映射打交道的Buffer。

最後HeapXXXBuffer是在堆空間上面建立的Buffer。

Big Endian 和 Little Endian

小師妹，F師兄，你剛剛講的都不重要，我就想知道類後面的B，L，R，S，U是作什麼的。

好吧，在給你講解這些內容以前，師兄我給你講一個故事。

話說在明末浙江才女吳絳雪寫過一首詩：《春景詩》

鶯啼岸柳弄春晴，
柳弄春晴夜月明。
明月夜晴春弄柳，
晴春弄柳岸啼鶯。

小師妹，可有看出什麼特異之處？最好是多讀幾遍，讀出聲來。

小師妹：哇，F師兄，這首詩從頭至尾和從尾到頭讀起來是同樣的呀，又對稱又有意境！

不錯，這就是中文的魅力啦，根據讀的方式不一樣，得出的結果也不一樣，其實在計算機世界也存在這樣的問題。

咱們知道在java中底層的最小存儲單元是Byte，一個Byte是8bits，用16進製表示就是Ox00-OxFF。

java中除了byte，boolean是佔一個字節之外，好像其餘的類型都會佔用多個字節。

若是以int來舉例，int佔用4個字節，其範圍是從Ox00000000-OxFFFFFFFF,假如咱們有一個int=Ox12345678，存到內存地址裏面就有這樣兩種方式。

第一種Big Endian將高位的字節存儲在起始地址

第二種Little Endian將地位的字節存儲在起始地址

其實Big Endian更加符合人類的讀寫習慣，而Little Endian更加符合機器的讀寫習慣。

目前主流的兩大CPU陣營中，PowerPC系列採用big endian方式存儲數據，而x86系列則採用little endian方式存儲數據。

若是不一樣的CPU架構直接進行通訊，就由可能由於讀取順序的不一樣而產生問題。

java的設計初衷就是一次編寫到處運行，因此天然也作了設計。

因此BufferB表示的是Big Endian的buffer，BufferL表示的是Little endian的Buffer。

而BufferRB，BufferRL表示的是兩種只讀Buffer。

aligned內存對齊

小師妹：F師兄，那這幾個又是作什麼用的呢？ BufferS，BufferU，BufferRS，BufferRU。

在講解這幾個類以前，咱們先要回顧一下JVM中對象的存儲方式。

還記得咱們是怎麼使用JOL來分析JVM的信息的嗎？代碼很是很是簡單：

log.info("{}", VM.current().details());

輸出結果：

# Running 64-bit HotSpot VM.
# Using compressed oop with 3-bit shift.
# Using compressed klass with 3-bit shift.
# WARNING | Compressed references base/shifts are guessed by the experiment!
# WARNING | Therefore, computed addresses are just guesses, and ARE NOT RELIABLE.
# WARNING | Make sure to attach Serviceability Agent to get the reliable addresses.
# Objects are 8 bytes aligned.
# Field sizes by type: 4, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]
# Array element sizes: 4, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]

上面的輸出中，咱們能夠看到：Objects are 8 bytes aligned，這意味着全部的對象分配的字節都是8的整數倍。

再注意上面輸出的一個關鍵字aligned，確認過眼神，是對的那我的。

aligned對齊的意思，表示JVM中的對象都是以8字節對齊的，若是對象自己佔用的空間不足8字節或者不是8字節的倍數，則補齊。

仍是用JOL來分析String對象：

[main] INFO com.flydean.JolUsage - java.lang.String object internals:
 OFFSET  SIZE      TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0    12           (object header)                           N/A
     12     4    byte[] String.value                              N/A
     16     4       int String.hash                               N/A
     20     1      byte String.coder                              N/A
     21     1   boolean String.hashIsZero                         N/A
     22     2           (loss due to the next object alignment)
Instance size: 24 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 2 bytes external = 2 bytes total

能夠看到一個String對象佔用24字節，可是真正有意義的是22字節，有兩個2字節是補齊用的。

對齊的好處顯而易見，就是CPU在讀取數據的時候更加方便和快捷，由於CPU設定是一次讀取多少字節來的，若是你存儲是沒有對齊的，則CPU讀取起來效率會比較低。

如今能夠回答部分問題：BufferU表示是unaligned，BufferRU表示是隻讀的unaligned。

小師妹：那BufferS和BufferRS呢？

這個問題其實仍是很難回答的，可是通過師兄個人不斷研究和探索，終於找到了答案：

先看下DirectShortBufferRU和DirectShortBufferRS的區別，二者的區別在兩個地方，先看第一個Order：

DirectShortBufferRU:

public ByteOrder order() {
        return ((ByteOrder.nativeOrder() != ByteOrder.BIG_ENDIAN)
                ? ByteOrder.LITTLE_ENDIAN : ByteOrder.BIG_ENDIAN);
    }

DirectShortBufferRS：

public ByteOrder order() {
        return ((ByteOrder.nativeOrder() == ByteOrder.BIG_ENDIAN)
                ? ByteOrder.LITTLE_ENDIAN : ByteOrder.BIG_ENDIAN);
    }

能夠看到DirectShortBufferRU的Order是跟nativeOrder是一致的。而DirectShortBufferRS的Order跟nativeOrder是相反的。

爲何相反？再看二者get方法的不一樣：

DirectShortBufferU：

public short get() {
        try {
            checkSegment();
            return ((UNSAFE.getShort(ix(nextGetIndex()))));
        } finally {
            Reference.reachabilityFence(this);
        }
    }

DirectShortBufferS：

public short get() {
        try {
            checkSegment();
            return (Bits.swap(UNSAFE.getShort(ix(nextGetIndex()))));
        } finally {
            Reference.reachabilityFence(this);
        }
    }

區別出來了，DirectShortBufferS在返回的時候作了一個bits的swap操做。

因此BufferS表示的是swap事後的Buffer，和BufferRS表示的是隻讀的swap事後的Buffer。