6. 彤哥說netty系列之Java NIO核心組件之Buffer

<p align="right">——日拱一卒，不期而至！</p>

你好，我是彤哥，本篇是netty系列的第六篇。

簡介

上一章咱們一塊兒學習了Java NIO的核心組件Channel，它能夠看做是實體與實體之間的鏈接，並且須要與Buffer交互，這一章咱們就來學習一下Buffer的特性。

概念

Buffer用於與Channel交互時使用，經過上一章的學習咱們知道，數據從Channel讀取到Buffer，或者從Buffer寫入Channel。

Buffer本質上是一個內存塊，能夠向裏面寫入數據，或者從裏面讀取數據，在Java中它被包裝成了Buffer對象，並提供了一系列的方法用於操做這個內存塊。

屬性

爲了更好地理解Buffer的數據結構，咱們必須熟悉它的三個經常使用屬性：

• capacity：容量
• position：當前位置
• limit：限制長度

在讀模式和寫模式下，position和limit的位置有所不一樣，見下圖：

capacity

Buffer做爲一個存儲塊，是有固定大小的，這個固定大小咱們稱做「容量」。

當Buffer寫滿以後，須要先清空或者讀取數據，才能繼續寫入新的數據。

position

寫模式下，position從0開始，每寫入一個單位的數據，position前進一位，position最大可到達(capacity-1)的位置。

當Buffer從寫模式切換爲讀模式時，position將重置爲0。讀取數據時，一樣地，position每讀取一個單位，前進一位，此時，position最大可到達limit的位置（實際最大可讀取的位置是(limit-1)）。

limit

寫模式下，limit最大值等於capacity。

讀模式下，limit最大值等於切換爲讀模式時position的值，本文來源工從號彤哥讀源碼。

> 這裏可能有點繞，position相似於數組的下標，是從0開始的，limit表示最大能夠讀取或者寫入的長度，capacity表示最大的容量，limit和capacity不是下標，相似於數組的長度，因此跟position比較須要-1。在寫模式下，position指向的是下一個待寫入的位置；在讀模式下，position指向的是下一個待讀取的位置。

類型

Java NIO自帶的Buffer類型有：

• ByteBuffer
• MappedByteBuffer
• CharBuffer
• ShortBuffer
• IntBuffer
• LongBuffer
• FloatBuffer
• DoubleBuffer

與基本類型同樣，每一種Buffer的基本單位長度不同罷了。

其中，MappedByteBuffer是一種特殊的ByteBuffer，它使用內存映射的方式加載物理文件，並不會耗費同等大小的物理內存，是一種直接操做堆外內存的方式，讀寫性能比較高。

基本用法

上面咱們學習了Buffer的數據結構以及經常使用的Buffer類型，它們怎麼使用呢？常見的用法主要有四種：

• 將數據寫入Buffer
• 切換爲讀模式flip()
• 從Buffer中讀取數據
• 清空數據並切換爲寫模式clear()或者compact()

來個栗子

public class FileChannelTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 從文件獲取一個FileChannel
        FileChannel fileChannel = new RandomAccessFile("D:\\object.txt", "rw").getChannel();
        // 分配一個Byte類型的Buffer
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        // 將FileChannel中的數據讀出到buffer中，-1表示讀取完畢
        // buffer默認爲寫模式，本文來源工從號彤哥讀源碼
        // read()方法是相對channel而言的，相對buffer就是寫
        while ((fileChannel.read(buffer)) != -1) {
            // buffer切換爲讀模式
            buffer.flip();
            // buffer中是否有未讀數據
            while (buffer.hasRemaining()) {
                // 讀取數據
                System.out.print((char)buffer.get());
            }
            // 清空buffer，爲下一次寫入數據作準備
            // clear()會將buffer再次切換爲寫模式
            buffer.clear();
        }
    }
}

allocate()

要獲取一個Buffer對象，必須先分配它，每一個Buffer類都有一個allocate()方法用於分配Buffer對象。

如下示例分配了一個容量爲1024的ByteBuffer對象：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

下面是分配了一個容量爲48的CharBuffer的對象：

CharBuffer buf = CharBuffer.allocate（48）;

將數據寫入Buffer

將數據寫入Buffer有兩種形式：

• 從Channel讀出數據並寫入Buffer，也叫從Channel讀入Buffer
• 調用Buffer本身的put()方法寫入數據

從Channel讀入Buffer的示例以下：

int bytesRead = inChannel.read（buf）; //讀入Buffer

Buffer本身put()寫入數據的示例以下：

buf.put（127）;

固然，put()有不少不一樣的類型，好比在特定位置寫入，寫入不一樣類型的數據等等，能夠在IDEA中按F12查看。

flip()

flip()方法用於將Buffer從寫模式切換爲讀模式，position將切換到0位置，且limit將切換到剛纔position的位置。

也就是說，position變成了可讀數據的首位，limit表示能夠讀取的最大數據長度。

從Buffer中讀取數據

從Buffer中讀取數據也有兩種形式：

• 從Buffer讀取數據，並寫入Channel，也叫做從Buffer寫入Channel
• 調用Buffer本身的get()方法讀取數據

從Buffer寫入Channel的示例以下：

// 本文來源工從號彤哥讀源碼
int bytesWritten = inChannel.write（buf）;

調用Buffer本身的get()方法讀取數據的示例以下：

byte aByte = buf.get();

固然，get()有不少不一樣的類型，好比從特定的位置讀取，讀取不一樣類型的數據等等，能夠在IDEA中按F12查看。

rewind()

rewind()方法會重置position爲0，但limit保持不變，所以能夠用來從新讀取數據。一般是在從新讀取數據以前調用。

clear()

clear()方法用於清空整個Buffer，並將Buffer從讀模式切換回寫模式，且position歸位到0位置。

compact()

compact()方法用於清空已讀取的數據，並將未讀取的數據移至Buffer的頭部，position的位置移動到從頭開始計算的未讀取的數據的下一個位置，它也會將Buffer從讀模式切換回寫模式。

mark() 和 reset()

mark()方法用於標記給定位置，而後能夠在以後經過reset()方法從新回到mark的位置，示例以下：

buffer.mark（）;

//屢次調用buffer.get（），例如在解析過程當中。

buffer.reset（）; //將位置從新設置爲標記。

總結

今天咱們學習了Java NIO核心組件Buffer，它常常跟Channel聯合起來使用。講到這裏咱們一直在使用FileChannel在舉例，那麼它們到底跟網絡編程有什麼關係呢？請聽下回分解。

參考

http://tutorials.jenkov.com/java-nio/channels.html

最後，也歡迎來個人工從號彤哥讀源碼系統地學習源碼&架構的知識。