Java NIO系列教程（三）Buffer

Java NIO中的Buffer用于和NIO通道進行互動。如你所知，資料是從通道讀入緩沖區，從緩沖區寫入到通道中的。

緩沖區本質上是一塊可以寫入資料，然後可以從中讀取資料的記憶體。這塊記憶體被包裝成NIO Buffer對象，并提供了一組方法，用來友善的通路該塊記憶體。

下面是NIO Buffer相關的話題清單：

1. Buffer的基本用法
2. Buffer的capacity,position和limit
3. Buffer的類型
4. Buffer的配置設定
5. 向Buffer中寫資料
6. flip()方法
7. 從Buffer中讀取資料
8. clear()與compact()方法
9. mark()與reset()方法
10. equals()與compareTo()方法

使用Buffer讀寫資料一般遵循以下四個步驟：

1. 寫入資料到Buffer
2. 調用flip()方法
4. 調用clear()方法或者compact()方法

當向buffer寫入資料時，buffer會記錄下寫了多少資料。一旦要讀取資料，需要通過flip()方法将Buffer從寫模式切換到讀模式。在讀模式下，可以讀取之前寫入到buffer的所有資料。

一旦讀完了所有的資料，就需要清空緩沖區，讓它可以再次被寫入。有兩種方式能清空緩沖區：調用clear()或compact()方法。clear()方法會清空整個緩沖區。compact()方法隻會清除已經讀過的資料。任何未讀的資料都被移到緩沖區的起始處，新寫入的資料将放到緩沖區未讀資料的後面。

下面是一個使用Buffer的例子：

01	RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");

02	FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

03

04	//create buffer with capacity of 48 bytes

05	ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

06

07	int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.

08	while (bytesRead != -1) {

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10	buf.flip(); //make buffer ready for read

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12	while(buf.hasRemaining()){

13	System.out.print((char) buf.get()); // read 1 byte at a time

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}

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16	buf.clear(); //make buffer ready for writing

17	bytesRead = inChannel.read(buf);

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19	aFile.close();

為了了解Buffer的工作原理，需要熟悉它的三個屬性：

• capacity
• position
• limit

position和limit的含義取決于Buffer處在讀模式還是寫模式。不管Buffer處在什麼模式，capacity的含義總是一樣的。

這裡有一個關于capacity，position和limit在讀寫模式中的說明，詳細的解釋在插圖後面。

作為一個記憶體塊，Buffer有一個固定的大小值，也叫“capacity”.你隻能往裡寫capacity個byte、long，char等類型。一旦Buffer滿了，需要将其清空（通過讀資料或者清除資料）才能繼續寫資料往裡寫資料。

當你寫資料到Buffer中時，position表示目前的位置。初始的position值為0.當一個byte、long等資料寫到Buffer後， position會向前移動到下一個可插入資料的Buffer單元。position最大可為capacity – 1.

當讀取資料時，也是從某個特定位置讀。當将Buffer從寫模式切換到讀模式，position會被重置為0. 當從Buffer的position處讀取資料時，position向前移動到下一個可讀的位置。

在寫模式下，Buffer的limit表示你最多能往Buffer裡寫多少資料。 寫模式下，limit等于Buffer的capacity。

當切換Buffer到讀模式時， limit表示你最多能讀到多少資料。是以，當切換Buffer到讀模式時，limit會被設定成寫模式下的position值。換句話說，你能讀到之前寫入的所有資料（limit被設定成已寫資料的數量，這個值在寫模式下就是position）

Java NIO 有以下Buffer類型

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

p<>

如你所見，這些Buffer類型代表了不同的資料類型。換句話說，就是可以通過char，short，int，long，float 或 double類型來操作緩沖區中的位元組。

MappedByteBuffer 有些特别，在涉及它的專門章節中再講。

要想獲得一個Buffer對象首先要進行配置設定。 每一個Buffer類都有一個allocate方法。下面是一個配置設定48位元組capacity的ByteBuffer的例子。

這是配置設定一個可存儲1024個字元的CharBuffer：

CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

寫資料到Buffer有兩種方式：

• 從Channel寫到Buffer。
• 通過Buffer的put()方法寫到Buffer裡。

從Channel寫到Buffer的例子

通過put方法寫Buffer的例子：

buf.put(127);

put方法有很多版本，允許你以不同的方式把資料寫入到Buffer中。例如， 寫到一個指定的位置，或者把一個位元組數組寫入到Buffer。 更多Buffer實作的細節參考JavaDoc。

flip方法将Buffer從寫模式切換到讀模式。調用flip()方法會将position設回0，并将limit設定成之前position的值。

換句話說，position現在用于标記讀的位置，limit表示之前寫進了多少個byte、char等 —— 現在能讀取多少個byte、char等。

從Buffer中讀取資料有兩種方式：

1. 從Buffer讀取資料到Channel。
2. 使用get()方法從Buffer中讀取資料。

從Buffer讀取資料到Channel的例子：

//read from buffer into channel.

int bytesWritten = inChannel.write(buf);

使用get()方法從Buffer中讀取資料的例子

byte aByte = buf.get();

get方法有很多版本，允許你以不同的方式從Buffer中讀取資料。例如，從指定position讀取，或者從Buffer中讀取資料到位元組數組。更多Buffer實作的細節參考JavaDoc。

rewind()方法

Buffer.rewind()将position設回0，是以你可以重讀Buffer中的所有資料。limit保持不變，仍然表示能從Buffer中讀取多少個元素（byte、char等）。

一旦讀完Buffer中的資料，需要讓Buffer準備好再次被寫入。可以通過clear()或compact()方法來完成。

如果調用的是clear()方法，position将被設回0，limit被設定成 capacity的值。換句話說，Buffer 被清空了。Buffer中的資料并未清除，隻是這些标記告訴我們可以從哪裡開始往Buffer裡寫資料。

如果Buffer中有一些未讀的資料，調用clear()方法，資料将“被遺忘”，意味着不再有任何标記會告訴你哪些資料被讀過，哪些還沒有。

如果Buffer中仍有未讀的資料，且後續還需要這些資料，但是此時想要先先寫些資料，那麼使用compact()方法。

compact()方法将所有未讀的資料拷貝到Buffer起始處。然後将position設到最後一個未讀元素正後面。limit屬性依然像clear()方法一樣，設定成capacity。現在Buffer準備好寫資料了，但是不會覆寫未讀的資料。

通過調用Buffer.mark()方法，可以标記Buffer中的一個特定position。之後可以通過調用Buffer.reset()方法恢複到這個position。例如：

buffer.mark();

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

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

可以使用equals()和compareTo()方法兩個Buffer。

equals()

當滿足下列條件時，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中所有剩餘的byte、char等都相同。

如你所見，equals隻是比較Buffer的一部分，不是每一個在它裡面的元素都比較。實際上，它隻比較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)， 如果滿足下列條件，則認為一個Buffer“小于”另一個Buffer：

1. 第一個不相等的元素小于另一個Buffer中對應的元素 。
2. 所有元素都相等，但第一個Buffer比另一個先耗盡(第一個Buffer的元素個數比另一個少)。

（譯注：剩餘元素是從 position到limit之間的元素）