原文：https://segmentfault.com/a/1190000006824155
Java NIO Buffer
當(dāng)我們需要與 NIO Channel 進(jìn)行交互時，我們就需要使用到 NIO Buffer她奥，即數(shù)據(jù)從 Buffer寫入到 Channel 中瓮增，并且從 Channel 中讀取到 Buffer 中。
實際上哩俭，NIO Buffer 其實是一塊內(nèi)存區(qū)域的封裝绷跑，并提供了一些操作方法讓我們能夠方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫。
Buffer 類型有：
- ByteBuffer
- CharBuffer
- DoubleBuffer
- FloatBuffer
- IntBuffer
- LongBuffer
- ShortBuffer
這些 Buffer 已經(jīng)覆蓋了能從 IO 中傳輸?shù)乃械?Java 基本數(shù)據(jù)類型凡资。
NIO Buffer 的基本使用
使用 NIO Buffer 的步驟如下：
- 將 Channel 中的數(shù)據(jù)讀取到 Buffer 中砸捏，對于 Buffer 本身處于寫模式
- 調(diào)用 Buffer.flip() 方法纫普，將 NIO Buffer 轉(zhuǎn)換為讀模式.
- 從 Buffer 中讀取數(shù)據(jù)
- 調(diào)用 Buffer.clear() 或 Buffer.compact() 方法玩焰，將 Buffer 轉(zhuǎn)換為寫模式
當(dāng)我們將數(shù)據(jù)寫入到 Buffer 中時卓起，Buffer 會記錄我們已經(jīng)寫了多少的數(shù)據(jù)驯击。當(dāng)我們需要從 Buffer 中讀取數(shù)據(jù)時，必須調(diào)用 Buffer.flip() 將 Buffer 切換為讀模式恩静。
一旦讀取了所有的 Buffer 數(shù)據(jù)理朋，那么我們必須清理 Buffer眯娱，讓其變?yōu)橹匦驴蓪懙暮裰溃謇?Buffer 可以調(diào)用 Buffer.clear() 或 Buffer.compact()弟灼。
示例：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(2);
intBuffer.put(12345678);
intBuffer.put(2);
intBuffer.flip();
System.err.println(intBuffer.get());
System.err.println(intBuffer.get());
}
}
上面代碼中，我們分配兩個單位大小的 IntBuffer蝗肪，因此它可以寫入兩個 int 值袜爪。
我們使用 put 方法將 int 值寫入蠕趁，然后使用 flip 方法將 buffer 轉(zhuǎn)換為讀模式薛闪，然后連續(xù)使用 get 方法從 buffer 中獲取這兩個 int 值。
每當(dāng)調(diào)用一次 get 方法讀取數(shù)據(jù)時俺陋，buffer 的讀指針都會向前移動一個單位長度(在這里是一個 int 長度)
Buffer 屬性
一個 Buffer 有三個屬性：
- capacity
- position
- limit
其中 position 和 limit 的含義與 Buffer 處于讀模式或?qū)懩Ｊ接嘘P(guān)豁延，而 capacity 的含義與 Buffer 所處的模式無關(guān)昙篙。
Capacity
一個內(nèi)存塊會有一個固定的大小，即容量(capacity)诱咏，我們最多寫入 capacity 個單位的數(shù)據(jù)到 Buffer 中苔可，例如一個 DoubleBuffer，其 Capacity 是 100袋狞，那么我們最多可以寫入 100 個 double 數(shù)據(jù)焚辅。
Position
當(dāng)從一個 Buffer 中寫入數(shù)據(jù)時，我們是從 Buffer 的一個確定的位置(position)開始寫入的苟鸯。在最初的狀態(tài)時同蜻，position 的值是 0。每當(dāng)我們寫入了一個單位的數(shù)據(jù)后早处，position 就會遞增 1湾蔓。
當(dāng)我們從 Buffer 中讀取數(shù)據(jù)時，我們也是從某個特定的位置開始讀取的砌梆。當(dāng)我們調(diào)用了 filp() 方法將 Buffer 從寫模式轉(zhuǎn)換到讀模式時默责，position 的值會自動被設(shè)置為0。每當(dāng)我們讀取一個單位的數(shù)據(jù)咸包，position 的值遞增 1桃序。
position 表示了讀寫操作的位置指針。
limit
limit - position 表示此時還可以寫入/讀取多少單位的數(shù)據(jù)诉儒。
例如在寫模式葡缰，如果此時 limit 是 10，position 是 2忱反，則表示已經(jīng)寫入了 2 個單位的數(shù)據(jù)泛释，還可以寫入 10 - 2 = 8 個單位的數(shù)據(jù)。
示例：
public class Test {
public static void main(String args[]) {
IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(10);
intBuffer.put(10);
intBuffer.put(101);
System.err.println("Write mode: ");
System.err.println("\tCapacity: " + intBuffer.capacity());
System.err.println("\tPosition: " + intBuffer.position());
System.err.println("\tLimit: " + intBuffer.limit());
intBuffer.flip();
System.err.println("Read mode: ");
System.err.println("\tCapacity: " + intBuffer.capacity());
System.err.println("\tPosition: " + intBuffer.position());
System.err.println("\tLimit: " + intBuffer.limit());
}
}
這里我們首先寫入兩個 int 值温算，此時 capacity = 10怜校，position = 2，limit = 10注竿；
然后我們調(diào)用 flip 轉(zhuǎn)換為讀模式, 此時 capacity = 10茄茁，position = 0，limit = 2巩割。
分配 Buffer
為了獲取一個 Buffer 對象裙顽，我們首先需要分配內(nèi)存空間。每個類型的 Buffer 都有一個 allocate() 方法宣谈，我們可以通過這個方法分配 Buffer：
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
這里我們分配了 48 * sizeof(Byte) 字節(jié)的內(nèi)存空間愈犹。
CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);
這里我們分配了大小為 1024 個字符的 Buffer，即這個 Buffer 可以存儲 1024 個 Char，其大小為 1024 * 2 個字節(jié)漩怎。
Direct Buffer 和 Non-Direct Buffer 的區(qū)別
Direct Buffer：
- 所分配的內(nèi)存不在 JVM 堆上勋颖，不受 GC 的管理。（但是 Direct Buffer 的 Java 對象是由 GC 管理的勋锤，因此當(dāng)發(fā)生 GC饭玲，對象被回收時，Direct Buffer 也會被釋放）叁执；
- 因為 Direct Buffer 不在 JVM 堆上分配茄厘，因此 Direct Buffer 對應(yīng)用程序的內(nèi)存占用的影響就不那么明顯（實際上還是占用了這么多內(nèi)存，但是 JVM 不好統(tǒng)計到非 JVM 管理的內(nèi)存）
- 申請和釋放 Direct Buffer 的開銷比較大谈宛。因此正確的使用 Direct Buffer 的方式是在初始化時申請一個 Buffer蚕断，然后不斷復(fù)用此 buffer，在程序結(jié)束后才釋放此 buffer入挣。
- 使用 Direct Buffer 時亿乳，當(dāng)進(jìn)行一些底層的系統(tǒng) IO 操作時，效率會比較高径筏，因為此時 JVM 不需要拷貝 buffer 中的內(nèi)存到中間臨時緩沖區(qū)中葛假。
Non-Direct Buffer：
- 直接在 JVM 堆上進(jìn)行內(nèi)存的分配，本質(zhì)上是 byte[] 數(shù)組的封裝滋恬。
- 因為 Non-Direct Buffer 在 JVM 堆中聊训，因此當(dāng)進(jìn)行操作系統(tǒng)底層 IO 操作中時，會將此 buffer 的內(nèi)存復(fù)制到中間臨時緩沖區(qū)中恢氯，因此 Non-Direct Buffer 的效率較低带斑。
Buffer 的讀寫
寫入數(shù)據(jù)到 Buffer
// read into buffer.
int bytesRead = inChannel.read(buf);
buf.put(127);
從 Buffer 中讀取數(shù)據(jù)
// read from buffer into channel.
int bytesWritten = inChannel.write(buf);
byte aByte = buf.get();
重置 position
Buffer.rewind() 方法可以重置 position 的值為0，因此我們可以重新讀取/寫入 Buffer 了勋拟。
如果是讀模式勋磕，則重置的是讀模式的 position，如果是寫模式敢靡，則重置的是寫模式的 position挂滓。
示例：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(2);
intBuffer.put(1);
intBuffer.put(2);
System.err.println("position: " + intBuffer.position());
intBuffer.rewind();
System.err.println("position: " + intBuffer.position());
intBuffer.put(1);
intBuffer.put(2);
System.err.println("position: " + intBuffer.position());
intBuffer.flip();
System.err.println("position: " + intBuffer.position());
intBuffer.get();
intBuffer.get();
System.err.println("position: " + intBuffer.position());
intBuffer.rewind();
System.err.println("position: " + intBuffer.position());
}
}
rewind() 主要針對于讀模式，在讀模式時啸胧，讀取到 limit 后赶站，可以調(diào)用 rewind() 方法，將讀 position 置為 0纺念。
關(guān)于 mark() 和 reset()
我們可以通過調(diào)用 Buffer.mark() 將當(dāng)前的 position 的值保存起來贝椿，隨后可以通過調(diào)用 Buffer.reset() 方法將 position 的值恢復(fù)回來。
示例：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(2);
intBuffer.put(1);
intBuffer.put(2);
intBuffer.flip();
System.err.println(intBuffer.get());
System.err.println("position: " + intBuffer.position());
intBuffer.mark();
System.err.println(intBuffer.get());
System.err.println("position: " + intBuffer.position());
intBuffer.reset();
System.err.println("position: " + intBuffer.position());
System.err.println(intBuffer.get());
}
}
這里我們寫入兩個 int 值陷谱，然后首先讀取了一個值烙博。此時讀 position 的值為 1。
接著我們調(diào)用 mark() 方法將當(dāng)前的 position 保存起來（在讀模式，因此保存的是讀的 position）习勤，然后再次讀取，此時 position 就是 2 了焙格。
接著使用 reset() 恢復(fù)原來的讀 position图毕，因此讀 position 又為 1 了，可以再次讀取數(shù)據(jù)眷唉。
flip, rewind 和 clear 的區(qū)別
flip
flip 方法源碼
public final Buffer flip() {
limit = position;
position = 0;
mark = -1;
return this;
}
Buffer 的讀/寫模式共用一個 position 和 limit 變量予颤，當(dāng)從寫模式變?yōu)樽x模式時，原先的 寫 position 就變成了讀模式的 limit冬阳。
rewind
rewind 方法源碼
public final Buffer rewind() {
position = 0;
mark = -1;
return this;
}
rewind蛤虐，即倒帶，這個方法僅僅是將 position 置為 0肝陪。
clear
clear 方法源碼
public final Buffer clear() {
position = 0;
limit = capacity;
mark = -1;
return this;
}
根據(jù)源碼我們可以知道驳庭，clear 將 positin 設(shè)置為 0，將 limit 設(shè)置為 capacity氯窍。
clear 方法使用場景：
- 在一個已經(jīng)寫滿數(shù)據(jù)的 buffer 中饲常，調(diào)用 clear，可以從頭讀取 buffer 的數(shù)據(jù)狼讨；
- 為了將一個 buffer 填充滿數(shù)據(jù)贝淤，可以調(diào)用 clear，然后一直寫入政供，直到達(dá)到 limit播聪。
示例：
IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(2);
intBuffer.flip();
System.err.println("position: " + intBuffer.position());
System.err.println("limit: " + intBuffer.limit());
System.err.println("capacity: " + intBuffer.capacity());
// 這里不能讀, 因為 limit == position == 0, 沒有數(shù)據(jù).
//System.err.println(intBuffer.get());
intBuffer.clear();
System.err.println("position: " + intBuffer.position());
System.err.println("limit: " + intBuffer.limit());
System.err.println("capacity: " + intBuffer.capacity());
// 這里可以讀取數(shù)據(jù)了, 因為 clear 后, limit == capacity == 2, position == 0,
// 即使我們沒有寫入任何的數(shù)據(jù)到 buffer 中.
System.err.println(intBuffer.get()); // 讀取到0
System.err.println(intBuffer.get()); // 讀取到0
Buffer 的比較
我們可以通過 equals() 或 compareTo() 方法比較兩個 Buffer，當(dāng)且僅當(dāng)如下條件滿足時布隔，兩個 Buffer 是相等的：
- 兩個 Buffer 是相同類型的
- 兩個 Buffer 的剩余的數(shù)據(jù)個數(shù)是相同的
- 兩個 Buffer 的剩余的數(shù)據(jù)都是相同的.
通過上述條件我們可以發(fā)現(xiàn)离陶，比較兩個 Buffer 時，并不是 Buffer 中的每個元素都進(jìn)行比較衅檀，而是比較 Buffer 中剩余的元素枕磁。
