ByteBuffer: 圖解ByteBuffer(轉)

ByteBuffer前先後後看過好幾回了，實際使用也用了一些，總以爲條理不夠清晰。

《程序員的思惟修煉》一本書講過，主動學習，要比單純看資料效果來的好，因此乾脆寫個詳細點的文章來記錄一下。

緩衝區(Buffer)

緩衝區(Buffer)就是在內存中預留指定大小的存儲空間用來對輸入/輸出(I/O)的數據做臨時存儲，這部分預留的內存空間就叫作緩衝區：

使用緩衝區有這麼兩個好處：

一、減小實際的物理讀寫次數

二、緩衝區在建立時就被分配內存，這塊內存區域一直被重用，能夠減小動態分配和回收內存的次數

舉個簡單的例子，好比A地有1w塊磚要搬到B地

因爲沒有工具（緩衝區），咱們一次只能搬一本，那麼就要搬1w次（實際讀寫次數）

若是A，B兩地距離很遠的話（IO性能消耗），那麼性能消耗將會很大

可是要是此時咱們有輛大卡車（緩衝區），一次可運5000本，那麼2次就夠了

相比以前，性能確定是大大提升了。

並且通常在實際過程當中，咱們通常是先將文件讀入內存，再從內存寫出到別的地方

這樣在輸入輸出過程當中咱們均可以用緩存來提高IO性能。

因此，buffer在IO中很重要。在舊I/O類庫中（相對java.nio包）中的BufferedInputStream、BufferedOutputStream、BufferedReader和BufferedWriter在其實現中都運用了緩衝區。java.nio包公開了Buffer API，使得Java程序能夠直接控制和運用緩衝區。

在Java NIO中，緩衝區的做用也是用來臨時存儲數據，能夠理解爲是I/O操做中數據的中轉站。緩衝區直接爲通道(Channel)服務，寫入數據到通道或從通道讀取數據，這樣的操利用緩衝區數據來傳遞就能夠達到對數據高效處理的目的。

概述

ByteBuffer是NIO裏用得最多的Buffer，它包含兩個實現方式：HeapByteBuffer是基於Java堆的實現，而DirectByteBuffer則使用了unsafe的API進行了堆外的實現。這裏只說HeapByteBuffer。

使用

ByteBuffer最核心的方法是put(byte)和get()。分別是往ByteBuffer裏寫一個字節，和讀一個字節。

值得注意的是，ByteBuffer的讀寫模式是分開的，正常的應用場景是：往ByteBuffer裏寫一些數據，而後flip()，而後再讀出來。

這裏插兩個Channel方面的對象，以便更好的理解Buffer。

ReadableByteChannel是一個從Channel中讀取數據，並保存到ByteBuffer的接口，它包含一個方法：

public intread(ByteBuffer dst) throwsIOException;

 

WritableByteChannel則是從ByteBuffer中讀取數據，並輸出到Channel的接口：

public intwrite(ByteBuffer src) throwsIOException;

 

那麼，一個ByteBuffer的使用過程是這樣的：

1. byteBuffer = ByteBuffer.allocate(N);　　　　//建立

2. readableByteChannel.read(byteBuffer);　　 //讀取數據，寫入byteBuffer

3. byteBuffer.flip(); 　　　　　　　　　　　　　//變讀爲寫

4. writableByteChannel.write(byteBuffer); 　　//讀取byteBuffer，寫入數據

 

看到這裏，通常都不太明白flip()幹了什麼事，先從ByteBuffer結構提及：

 

ByteBuffer的建立和讀寫

 

1. ByteBuffer定義了4個static方法來作建立工做：

　　ByteBuffer allocate(int capacity) //建立一個指定capacity的ByteBuffer。
　　ByteBuffer allocateDirect(int capacity) //建立一個direct的ByteBuffer，這樣的ByteBuffer在參與IO操做時性能會更好
　　ByteBuffer wrap(byte [] array)
　　ByteBuffer wrap(byte [] array, int offset, int length) //把一個byte數組或byte數組的一部分包裝成ByteBuffer。

2. ByteBuffer定義了一系列get和put操做來從中讀寫byte數據，以下面幾個：
　　byte get()
　　ByteBuffer get(byte [] dst)
　　byte get(int index)
　　ByteBuffer put(byte b)
　　ByteBuffer put(byte [] src)
　　ByteBuffer put(int index, byte b)
　　　　這些操做可分爲絕對定位和相對定爲兩種，相對定位的讀寫操做依靠position來定位Buffer中的位置，並在操
　　做完成後會更新position的值。在其它類型的buffer中，也定義了相同的函數來讀寫數據，惟一不一樣的就是一
　　些參數和返回值的類型。

3. 除了讀寫byte類型數據的函數，ByteBuffer的一個特別之處是它還定義了讀寫其它primitive數據的方法，如：

　　int getInt()       　　　　　　//從ByteBuffer中讀出一個int值。
　　ByteBuffer putInt(int value)  // 寫入一個int值到ByteBuffer中。

　　3.1 字節序

　　　　讀寫其它類型的數據牽涉到字節序問題，ByteBuffer會按其字節序（大字節序或小字節序）寫入或讀出一個其它
　　類型的數據（int,long…）。字節序能夠用order方法來取得和設置：
　　ByteOrder order() //返回ByteBuffer的字節序。
　　ByteBuffer order(ByteOrder bo)   // 設置ByteBuffer的字節序。

　　3.2 ByteOrder
　　　　用來表示ByteBuffer字節序的類，可將其當作java中的enum類型。主要定義了下面幾個static方法和屬性：
　　　　ByteOrder BIG_ENDIAN       表明大字節序的ByteOrder。
　　　　ByteOrder LITTLE_ENDIAN 表明小字節序的ByteOrder。
　　　　ByteOrder nativeOrder()       返回當前硬件平臺的字節序。

 

4. ByteBuffer另外一個特別的地方是能夠在它的基礎上獲得其它類型的buffer。如：
　　CharBuffer asCharBuffer()
　　　　爲當前的ByteBuffer建立一個CharBuffer的視圖。在該視圖buffer中的讀寫操做會按照ByteBuffer的字節
　　序做用到ByteBuffer中的數據上。

　　　　用這類方法建立出來的buffer會從ByteBuffer的position位置開始到limit位置結束，能夠看做是這段數據
　　的視圖。視圖buffer的readOnly屬性和direct屬性與ByteBuffer的一致，並且也只有經過這種方法，纔可
　　以獲得其餘數據類型的direct buffer。

ByteBuffer內部字段

byte[] buff

buff即內部用於緩存的數組。

position

當前讀取的位置。

讀/寫操做的當前下標。當使用buffer的相對位置進行讀/寫操做時，讀/寫會從這個下標進行，並在操做完成後，
buffer會更新下標的值。

mark

爲某一讀過的位置作標記，便於某些時候回退到該位置。

一個臨時存放的位置下標。調用mark()會將mark設爲當前的position的值，之後調用reset()會將position屬性設
置爲mark的值。mark的值老是小於等於position的值，若是將position的值設的比mark小，當前的mark值會被拋棄掉。

capacity

初始化時候的容量。

這個Buffer最多能放多少數據。capacity通常在buffer被建立的時候指定。

limit

在Buffer上進行的讀寫操做都不能越過這個下標。當寫數據到buffer中時，limit通常和capacity相等，當讀數據時，
limit表明buffer中有效數據的長度。

讀寫的上限，limit<=capacity。

 

這些屬性老是知足如下條件：
　　0 <= mark <= position <= limit <= capacity

limit和position的值除了經過limit()和position()函數來設置，也能夠經過下面這些函數來改變：

Buffer clear()
　　把position設爲0，把limit設爲capacity，通常在把數據寫入Buffer前調用。

Buffer flip()
　　把limit設爲當前position，把position設爲0，通常在從Buffer讀出數據前調用。

Buffer rewind()
　　把position設爲0，limit不變，通常在把數據重寫入Buffer前調用。

compact()

　　該方法的做用是將 position 與 limit之間的數據複製到buffer的開始位置，複製後 position  = limit -position,limit = capacity

　　但若是position 與limit 之間沒有數據的話發，就不會進行復制  詳細參考：java nio Buffer 中 compact的做用

mark()與reset()方法

　　經過調用Buffer.mark()方法，能夠標記Buffer中的一個特定position。以後能夠經過調用Buffer.reset()方法恢復到這個position。例如：

　　1.buffer.mark();

　　2.//call buffer.get() a couple of times, e.g. during parsing.

　　3.buffer.reset(); //set position back to mark

equals()與compareTo()方法

　　可使用equals()和compareTo()方法兩個Buffer。

　　equals()

　　當知足下列條件時，表示兩個Buffer相等：

1. 有相同的類型（byte、char、int等）。
2. Buffer中剩餘的byte、char等的個數相等。
3. Buffer中全部剩餘的byte、char等都相同。

　　如你所見，equals只是比較Buffer的一部分，不是每個在它裏面的元素都比較。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)， 若是知足下列條件，則認爲一個Buffer「小於」另外一個Buffer：

1. 1. 第一個不相等的元素小於另外一個Buffer中對應的元素 。
   2. 全部元素都相等，但第一個Buffer比另外一個先耗盡(第一個Buffer的元素個數比另外一個少)。

Buffer對象有多是隻讀的，這時，任何對該對象的寫操做都會觸發一個ReadOnlyBufferException。
isReadOnly()方法能夠用來判斷一個Buffer是否只讀。

 

圖解

put

寫模式下，往buffer裏寫一個字節，並把postion移動一位。寫模式下，通常limit與capacity相等。

 

flip

寫完數據，須要開始讀的時候，將postion復位到0，並將limit設爲當前postion。 

get

從buffer裏讀一個字節，並把postion移動一位。上限是limit，即寫入數據的最後位置。

clear

將position置爲0，並不清除buffer內容。 

mark相關的方法主要是mark()(標記)和reset()(回到標記).

 

 這篇文章對buffer的講解也很詳細，能夠參考 Java NIO系列教程（三） Buffer

其餘具體的接口信息查閱 http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/nio/ByteBuffer.html

參考連接：

1. ByteBuffer經常使用方法詳解