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。互動圖如下：
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。緩沖區實際上是一個容器對象，更直接的說，其實就是一個數組，在NIO庫中，所有資料都是用緩沖區處理的。在讀取資料時，它是直接讀到緩沖區中的； 在寫入資料時，它也是寫入到緩沖區中的；任何時候通路 NIO 中的資料，都是将它放到緩沖區中。而在面向流I/O系統中，所有資料都是直接寫入或者直接将資料讀取到Stream對象中。
在NIO中，所有的緩沖區類型都繼承于抽象類Buffer，最常用的就是ByteBuffer，對于Java中的基本類型，基本都有一個具體Buffer類型與之相對應，它們之間的繼承關系如下圖所示：
- Buffer的基本用法
- Buffer的capacity,position和limit
- Buffer的類型
- Buffer的配置設定
- 向Buffer中寫資料
- flip()方法
- 從Buffer中讀取資料
- clear()與compact()方法
- mark()與reset()方法
- equals()與compareTo()方法
Buffer的基本用法
使用Buffer讀寫資料一般遵循以下四個步驟：
- 寫入資料到Buffer
- 調用
flip()
- 從Buffer中讀取資料
-
clear()
compact()
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：
RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw"); FileChannel inChannel = aFile.getChannel(); //create buffer with capacity of 48 bytes ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48); int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer. while (bytesRead != -1) { buf.flip(); //make buffer ready for read while(buf.hasRemaining()){ System.out.print((char) buf.get()); // read 1 byte at a time } buf.clear(); //make buffer ready for writing bytesRead = inChannel.read(buf); } aFile.close(); 示例2：
下面是一個簡單的使用IntBuffer的例子：
package com.dxz.nio; import java.nio.IntBuffer; public class TestIntBuffer { public static void main(String[] args) { // 配置設定新的int緩沖區，參數為緩沖區容量 // 新緩沖區的目前位置将為零，其界限(限制位置)将為其容量。它将具有一個底層實作數組，其數組偏移量将為零。 IntBuffer buffer = IntBuffer.allocate(8); for (int i = 0; i < buffer.capacity(); ++i) { int j = 2 * (i + 1); // 将給定整數寫入此緩沖區的目前位置，目前位置遞增 buffer.put(j); } // 重設此緩沖區，将限制設定為目前位置，然後将目前位置設定為0 buffer.flip(); // 檢視在目前位置和限制位置之間是否有元素 while (buffer.hasRemaining()) { // 讀取此緩沖區目前位置的整數，然後目前位置遞增 int j = buffer.get(); System.out.print(j + " "); } } } 結果：
2 4 6 8 10 12 14 16 Buffer的capacity,position和limit
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。
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）
Buffer的類型
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。
Buffer的配置設定
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。
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這是配置設定一個可存儲1024個字元的CharBuffer：
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向Buffer中寫資料
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
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通過put方法寫Buffer的例子：
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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
flip英 [flɪp] 美 [flɪp] 及物動詞 輕彈，輕擊; 按（開關）; 快速翻轉; 急揮
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：
- 從Buffer讀取資料到Channel。
- 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）。
clear()與compact()方法
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。
mark()與reset()方法
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：
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equals()與compareTo()方法
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：
- 有相同的類型（byte、char、int等）。
- Buffer中剩餘的byte、char等的個數相等。
- 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：
- 第一個不相等的元素小于另一個Buffer中對應的元素 。
- 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)。
緩沖區分片
在NIO中，除了可以配置設定或者包裝一個緩沖區對象外，還可以根據現有的緩沖區對象來建立一個子緩沖區，即在現有緩沖區上切出一片來作為一個新的緩沖區，但現有的緩沖區與建立的子緩沖區在底層數組層面上是資料共享的，也就是說，子緩沖區相當于是現有緩沖區的一個視圖視窗。調用slice()方法可以建立一個子緩沖區，讓我們通過例子來看一下：
package com.dxz.nio; import java.nio.ByteBuffer; public class BufferDemo1 { static public void main(String args[]) throws Exception { ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10); // 緩沖區中的資料0-9 for (int i = 0; i < buffer.capacity(); ++i) { buffer.put((byte) i); } // 建立子緩沖區 buffer.position(3); buffer.limit(7); ByteBuffer slice = buffer.slice(); // 改變子緩沖區的内容 for (int i = 0; i < slice.capacity(); ++i) { byte b = slice.get(i); b *= 10; slice.put(i, b); } buffer.position(0); buffer.limit(buffer.capacity()); while (buffer.remaining() > 0) { System.out.println(buffer.get()); } } } 1 2 30 40 50 60 7 8 9 隻讀緩沖區
隻讀緩沖區非常簡單，可以讀取它們，但是不能向它們寫入資料。可以通過調用緩沖區的asReadOnlyBuffer()方法，将任何正常緩沖區轉 換為隻讀緩沖區，這個方法傳回一個與原緩沖區完全相同的緩沖區，并與原緩沖區共享資料，隻不過它是隻讀的。如果原緩沖區的内容發生了變化，隻讀緩沖區的内容也随之發生變化：
package com.dxz.nio; import java.nio.ByteBuffer; public class BufferDemo2 { static public void main(String args[]) throws Exception { ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10); // 緩沖區中的資料0-9 for (int i = 0; i < buffer.capacity(); ++i) { buffer.put((byte) i); } // 建立隻讀緩沖區 ByteBuffer readonly = buffer.asReadOnlyBuffer(); // 改變原緩沖區的内容 for (int i = 0; i < buffer.capacity(); ++i) { byte b = buffer.get(i); b *= 10; buffer.put(i, b); } readonly.position(0); readonly.limit(buffer.capacity()); // 隻讀緩沖區的内容也随之改變 while (readonly.remaining() > 0) { System.out.println(readonly.get()); } } } 10 20 30 40 50 60 70 80 90 如果嘗試修改隻讀緩沖區的内容，則會報ReadOnlyBufferException異常。隻讀緩沖區對于保護資料很有用。在将緩沖區傳遞給某個 對象的方法時，無法知道這個方法是否會修改緩沖區中的資料。建立一個隻讀的緩沖區可以保證該緩沖區不會被修改。隻可以把正常緩沖區轉換為隻讀緩沖區，而不能将隻讀的緩沖區轉換為可寫的緩沖區。
直接緩沖區（DirectByteBuffer堆外緩存）
直接緩沖區是為加快I/O速度，使用一種特殊方式為其配置設定記憶體的緩沖區，JDK文檔中的描述為：給定一個直接位元組緩沖區，Java虛拟機将盡最大努 力直接對它執行本機I/O操作。也就是說，它會在每一次調用底層作業系統的本機I/O操作之前(或之後)，嘗試避免将緩沖區的内容拷貝到一個中間緩沖區中 或者從一個中間緩沖區中拷貝資料。要配置設定直接緩沖區，需要調用allocateDirect()方法，而不是allocate()方法，使用方式與普通緩沖區并無差別，如下面的拷貝檔案示例：
package com.dxz.nio; import java.io.FileInputStream; import java.io.FileOutputStream; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.*; public class BufferDemo3 { static public void main(String args[]) throws Exception { String infile = "e:\\logs\\test.txt"; FileInputStream fin = new FileInputStream(infile); FileChannel fcin = fin.getChannel(); String outfile = String.format("e:\\logs\\testcopy.txt"); FileOutputStream fout = new FileOutputStream(outfile); FileChannel fcout = fout.getChannel(); // 使用allocateDirect，而不是allocate ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024); while (true) { buffer.clear(); int r = fcin.read(buffer); if (r == -1) { break; } buffer.flip(); fcout.write(buffer); } } } 記憶體映射檔案I/O
記憶體映射檔案I/O是一種讀和寫檔案資料的方法，它可以比正常的基于流或者基于通道的I/O快的多。記憶體映射檔案I/O是通過使檔案中的資料出現為 記憶體數組的内容來完成的，這其初聽起來似乎不過就是将整個檔案讀到記憶體中，但是事實上并不是這樣。一般來說，隻有檔案中實際讀取或者寫入的部分才會映射到記憶體中。如下面的示例代碼：
package com.dxz.nio; import java.io.RandomAccessFile; import java.nio.MappedByteBuffer; import java.nio.channels.*; public class BufferDemo4 { static private final int start = 0; static private final int size = 1024; static public void main(String args[]) throws Exception { RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("e:\\logs\\test.txt", "rw"); FileChannel fc = raf.getChannel(); MappedByteBuffer mbb = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, start, size); mbb.put(0, (byte) 97); mbb.put(1023, (byte) 122); raf.close(); } }