大家好，我是大明哥，今天我們來看看 Buffer。
上面幾篇文章詳細介紹了 IO 相關的一些基本概念，如阻塞、非阻塞、同步、異步的差別，Reactor 模式、Proactor 模式。以下是這幾篇文章的連結，有興趣的同學可以閱讀下：
【死磕NIO】— 阻塞、非阻塞、同步、異步，傻傻分不清楚
【死磕NIO】— 阻塞IO，非阻塞IO，IO複用，信号驅動IO，異步IO，這你真的分的清楚嗎？
【死磕 NIO】— Reactor 模式就一定意味着高性能嗎？
【死磕 NIO】— Proactor模式是什麼？很牛逼嗎？
從這篇文章開始，我們将回歸 NIO 方面的相關知識，首先從 NIO 的三大核心元件說起。
Buffer
Channel
Selector
首先是 Buffer
Buffer 是一個抽象類，主要用作緩沖區，其實質我們可以認為是一個可以寫入資料，然後從中讀取資料的記憶體塊。這塊記憶體被包裝成 NIO Buffer 對象，并提供一系列的方法便于我們通路這塊記憶體。
要了解 Buffer 的工作原理，首先就要了解它的 4 個索引：
capacity：容量
position：位置
limit：界限
mark：标記
capacity 則表示該 Buffer 的容量，而 position 和 limit 的含義取決于 Buffer 處于什麼模式（讀模式或者寫模式），下圖描述讀寫模式下這三種屬性的含義
capacity
capacity 表示容量，Buffer 是一個記憶體塊，其存儲資料的最大大小就是 capacity。我們不斷地往 Buffer 中寫入資料，當 Buffer 被寫滿後也就是存儲的資料達到 capacity 了就需要将其清空，才能繼續寫入資料。
position
position 的含義取決于 Buffer 處于寫模式還是讀模式：
如果是寫模式，則寫入的地方就是所謂的 position，其初始值是 0，最大值是 capacity - 1，當往 Buffer 中寫入一個資料時，position 就會向前移動到下一個待寫入的位置。
如果是讀模式，則讀取資料的地方就是 position。當執行 <code>flip()</code> 将 buffer 從寫模式切換到讀模式時，position 會被重置為 0，随着資料不斷的讀取，position 不斷地向前移，直到 limit。
limit
與 position 一樣，limit 的含義也取決于 Buffer 處于何種模式：
寫模式：當 Buffer 處于寫模式時，limit 是指能夠往 Buffer 中寫入多少資料，其值等于 capacity
讀模式：當 Buffer 處于讀模式時，limit 表示能夠從 Buffer 中最多能夠讀取多少資料出來，是以當 Buffer 從寫模式切換到讀模式時，limit 會被設定寫模式下的 position 的值
mark
mark 僅僅隻是一個辨別，可以通過 <code>mark()</code> 方法進行設定，設定值為目前的 position
Buffer 提供了一系列的方法用來操作它，比如 <code>clear()</code> 用來清空緩沖區，<code>filp()</code> 用來讀切換等等方法，下面将依次示範 Buffer 的主要方法，包含從 Buffer 擷取執行個體、寫入資料、讀取資料、重置等等一個系列的操作流程，同時将 position、limit 兩個參數列印出來，便于我們更好地了解 Buffer。
要擷取一個 Buffer 對象，首先就要為期配置設定記憶體空間，使用 <code>allocate()</code> 方法配置設定記憶體空間，如下：
這裡配置設定了 <code>10 * sikeof(double)</code> 位元組的記憶體空間。需要注意的是 <code>allocate()</code> 裡面參數并不是位元組數，而是寫入對象的數量，比如上面執行個體參數是 10 ，表明我們可以寫 10 個 double 對象。
結果如下：
此時，Buffer 的情況如下：
調用 <code>allocate()</code> 配置設定記憶體後，得到 DoubleBuffer 執行個體對象，該對象目前處于寫模式，我們可以通過 <code>put()</code> 方法向 Buffer 裡面寫入資料。
調用 <code>put()</code> 往 DoubleBuffer 裡面存放 2 個元素，此時，各自參數值如下：
我們看到 position 的值變成了 2 ，指向第三個可以寫入元素的位置。這個時候我們再寫入 3 個元素：
得到結果如下：
此時，position 的值變成 5 ，指向第 6 個可以寫入元素的位置。
該 Buffer 的情況如下：
調用 <code>put()</code> 方法向 Buffer 中存儲資料後，這時 Buffer 仍然處于寫模式狀态，在寫模式狀态下我們是不能直接從 Buffer 中讀取資料的，需要調用 <code>flip()</code> 方法将 Buffer 從寫模式切換為讀模式。
得到的結果如下：
調用 <code>flip()</code> 方法将 Buffer 從寫模式切換為讀模式後，Buffer 的參數發生了微秒的變化：position = 0，limit = 5。前面說過在讀模式下，limit 代表是 Buffer 的可讀長度，它等于寫模式下的 position，而 position 則是讀的位置。
<code>flip()</code> 方法主要是将 Buffer 從寫模式切換為讀模式，其調整的規則如下：
設定可讀的長度 limit。将寫模式寫的 Buffer 中内容的最後位置 position 值變成讀模式下的 limit 位置值，新的 limit 值作為讀越界位置
設定讀的起始位置。将 position 的值設定為 0 ，表示從 0 位置處開始讀
如果之前有 mark 儲存的标記位置，也需要消除，因為那是寫模式下的 mark 标記
調動 <code>flip()</code> 後，該 Buffer 情況如下：
調用 <code>flip()</code> 将 Buffer 切換為讀模式後，就可以調用 <code>get()</code> 方法讀取 Buffer 中的資料了，<code>get()</code> 讀取資料很簡單，每次從 position 的位置讀取一個資料，并且将 position 向前移動 1 位。如下：
連續調用 2 次 <code>get()</code> 方法，輸出結果：
position 的值變成了 2 ，表明它向前移動了 2 位，此時，Buffer 如下：
我們知道 limit 表明目前 Buffer 最大可讀位置，buffer 也是一邊讀，position 位置一邊往前移動，那如果越界讀取呢？
limit = 5，6 、7 位置明顯越界了，如果越界讀取，Buffer 會抛出 BufferUnderflowException，如下：
position 是随着讀取的進度一直往前移動的，那如果我想在讀取一遍資料呢？使用 <code>rewind()</code> 方法，可以進行重複讀。<code>rewind()</code> 也叫做倒帶，就想播放錄音帶一樣，倒回去重新讀。
運作結果：
可以看到，僅僅隻是将 position 的值設定為了 0，limit 的值保持不變。
<code>flip()</code> 方法用于将 Buffer 從寫模式切換到讀模式，那怎麼将 Buffer 從讀模式切換至寫模式呢？可以調用 <code>clear()</code> 和 <code>compact()</code> 兩個方法。
clear()
運作結果如下：
調用 <code>clear()</code> 後，我們發現 position 的值變成了 0，limit 值變成了 10，也就是 Buffer 被清空了，回歸到最初始狀态。但是裡面的資料仍然是存在的，隻是沒有标記哪些資料是已讀，哪些為未讀。
compact()
<code>compact()</code> 方法也可以将 Buffer 從讀模式切換到寫模式，它跟 <code>clear()</code> 有一些差別。
可以看到 position 的值為 3，它與 <code>clear()</code> 差別就在于，它會将所有未讀的資料全部複制到 Buffer 的前面（5次<code>put()</code>，兩次 <code>get()</code>），将 position 設定到這些資料後面，是以此時是從未讀的資料後面開始寫入新的資料，Buffer 情況如下：
調用 <code>mark()</code> 方法可以标志一個指定的位置（即設定 mark 的值），之後調用 <code>reset()</code> 時，position 又會回到之前标記的位置。
通過上面的步驟示範，我想小夥伴基本上已經掌握了 Buffer 的使用方法，這裡簡要總結下，使用 Buffer 的步驟如下：
将資料寫入 Buffer 中
調用 <code>flip()</code> 方法，将 Buffer 切換為讀模式
從 Buffer 中讀取資料
調用 <code>clear()</code> 或者 <code>compact()</code> 方法将 Buffer 切換為寫模式
在 NIO 中主要有 8 中 Buffer，分别如下：
ByteBuffer
CharBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
IntBuffer
LongBuffer
ShortBuffer
MappedByteBuffer
其 UML 類圖如下：
這些不同的 Buffer 類型代表了不同的資料類型，使得可以通過 Buffer 直接操作如 char、short 等類型的資料而不是位元組資料。這些 Buffer 基本上覆寫了所有能從 IO 中傳輸的 Java 基本資料類型，其中 MappedByteBuffer 是專門用于記憶體映射的的一種 ByteBuffer，後續會專門介紹。
到這裡 Buffer 也就介紹完畢了，下篇文章将介紹它的協作者 Channel。
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作者：chenssy。一個專注于【死磕 Java】系列創作的男人
出處：https://www.cnblogs.com/chenssy/p/15564349.html
作者個人網站：https://www.cmsblogs.com/。專注于 Java 優質系列文章分享，提供一站式 Java 學習資料
目前死磕系列包括：
1. 【死磕 Java 并發】：https://www.cmsblogs.com/category/1391296887813967872（已完成）
2.【死磕 Spring 之 IOC】：https://www.cmsblogs.com/category/1391374860344758272（已完成）
3.【死磕 Redis】：https://www.cmsblogs.com/category/1391389927996002304（已完成）
4.【死磕 Java 基礎】：https://www.cmsblogs.com/category/1411518540095295488
5.【死磕 NIO】：https://www.cmsblogs.com/article/1435620402348036096
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