nio-Buffer笔记

Buffer

属性

• mark：一个标记值，和reset()方法配合使用，将position切换至make的位置可按照意图进行读写操作
• position：读写的起始位置，get/put都会更新position的值，但是put(int,byte)不会改变position的位置
• limit：限定读写操作的最大位置，超过该位置，不可读写操作
• capacity：buffer(是一个数组)的长度

注意：mark <= position <= limit <= capacity

那么问题来了mark为啥是最小的？

个人是这么理解的，mark设计初衷就是一个备忘位置，在读写操作后，可以回到之前标记的位置，那么这个位置一定比当前的position小，因为position后面的index，还没有操作到。那么position <= limit <= capacity，这就很好理解了，position和limit共同标识了读写的操作区间，一个头一个尾，capacity是buffer的容量，自然最大。

ByteBuffer(重要)

SocketChannel只支持传输byte，那么ByteBuffer对于我个人而言就显得非常重要。

基本数据类型字节

bool虽然是1字节，但是一个字节有8位，拥有256个不同的值，会有歧义，NIO没有支持bool

类型	字节数
byte	1
char	2
short	2
int	4
long	8
float	4
double	8

字节顺序(字节在内存中保存的顺序)

例如：99999999(0x05f5e0ff)

1. BIG_ENDIAN 大端字节顺序，基本数据类型（byte除外），最高字节(05)位于低位地址。在内存的位置就是05 f5 e0 ff
2. LITTLE_ENDIAN 小端字节顺序,基本数据类型（byte除外）,最低字节(ff)会位于低位地址，即会最先保存至内存。在内存中的位置 ff e0 f5 05

ByteOrder

ByteOrder LITTLE_ENDIAN;//小端字节顺序
ByteOrder BIG_ENDIAN; //大端字节顺序
ByteOrder nativeOrder(){ return Bits.byteOrder();} //返回系统硬件的字节顺序
order就是一个保存字节顺序的VO，只有一个字段name，标识字节顺序。

ByteBuffer.order(ByteOrder order)

ByteBuffer可以设置该顺序，默认是BIG_ENDIA，通过order(ByteOrder
order)方法来设置，当数据写入buffer后，在去调用该方法，那么字节保存的顺序将不会改变。统一字节顺序有利于夸平台，适应不同环境的硬件。如果字节顺序和系统硬件一致的话，读写性能将大大提升。

直接缓冲区(DirectBuffer)

直接缓冲区由本地操作系统分配的，不有JVM分配，系统直接填满或排空直接缓冲区（0拷贝）。

如果使用非直接缓冲区（堆缓冲区），那么性能会降低一些，可能会有以下步骤：

1. 创建一个临时直接缓冲区ByteBuffer对象
2. 将非直接缓冲区的对象复制到直接缓冲区中
3. 使用临时缓冲区去执行底层的I/O操作
4. 临时缓冲区对象离开作用域，最终被回收。

视图缓冲区

ByteBuffer可以生成char、short、int、long、float、double的缓冲区视图。

        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(20);
        byteBuffer.order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN);
        CharBuffer charBuffer = byteBuffer.asCharBuffer();
        byteBuffer.putChar('a');
        byteBuffer.putChar('b');
        byteBuffer.putChar('c');
        byteBuffer.put((byte) 0);
        charBuffer.put(0, 'd');
        System.out.println(byteBuffer);
        System.out.println(byteBuffer.getChar(0));
        System.out.println("pos=" + charBuffer.position() + " lim=" + charBuffer.limit() + " cap=" + charBuffer.capacity());
        System.out.println("isDirect:" + charBuffer.isDirect());
        System.out.println(charBuffer.order());
        System.out.println(charBuffer);
        System.out.println("pos=" + charBuffer.position() + " lim=" + charBuffer.limit() + " cap=" + charBuffer.capacity());

结果

        java.nio.DirectByteBuffer[pos=7 lim=20 cap=20]
        d
        pos=0 lim=10 cap=10
        isDirect:true
        LITTLE_ENDIAN
        dbc       
        pos=0 lim=10 cap=10

总结

1. 视图和ByteBuffer共同引用同一个byte[]
2. view和ByteBuffer的映射关系，是将ByteBuffer的总长度进行映射，得到的view的长度 length = byteBuffer的cap/view占用的字节数，这里就是20/2=10,如果是ByteBuffer.allocateDirect(7)的话，得到view的cap为7/2=3
3. 视图修改了byte数组，本体ByteBuffer的值也会改变
4. 视图和本体ByteBuffer的类型是一样的，ByteBuffer是直接内存，那么视图也是。
5. 视图映射的position=0,limit=capacity

数据元素视图

ByteBuffer支持在现有的字节顺序上，按照需要将字节打乱组合成char、short、int、long、float、double。

        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(4);
        byteBuffer.order(ByteOrder.BIG_ENDIAN);
        byteBuffer.putInt(0x96c1bfcf);
        byteBuffer.flip();
        System.out.println(Integer.toHexString(byteBuffer.order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN).getInt()));

1. 初始化DirectByteBuffer的字节顺序为大端字节顺序 内存中的顺序是 96 c1 bf cf(16进制)

//获取内存index
private long ix(int i) {
        return address + ((long)i << 0);
    }


public ByteBuffer putInt(int x) {
        //获取下一个要插入的index，再计算出下一个连续的内存地址index
        putInt(ix(nextPutIndex((1 << 2))), x);
        return this;
    }
    
private ByteBuffer putInt(long a, int x) {
        
        if (unaligned) {
            int y = (x);
            unsafe.putInt(a, (nativeByteOrder ? y : Bits.swap(y)));
        } else {
            //存    
            Bits.putInt(a, x, bigEndian);
        }
        return this;
    }
    
    
    static void putInt(long a, int x, boolean bigEndian) {
        if (bigEndian)
            putIntB(a, x);
        else
            putIntL(a, x);
    }
    
    //高字节位存在低内存地址 大端字节顺序
    static void putIntB(long a, int x) {
        _put(a    , int3(x));
        _put(a + 1, int2(x));
        _put(a + 2, int1(x));
        _put(a + 3, int0(x));
    }
   
    //高字节位存在高内存地址，小端顺序
    static void putIntL(long a, int x) {
        _put(a + 3, int3(x));
        _put(a + 2, int2(x));
        _put(a + 1, int1(x));
        _put(a    , int0(x));
    }
    

2. 设置为小端字节顺序，接下来存取都会依照小端顺序
3. 在getInt的时候,内存的顺序是96 c1 bf cf,现在变换为小端顺序去取，依次会取(16进制) cf(byte) bf(byte) c1(byte) 96(byte)

// 
static int getIntB(long a) {
        return makeInt(_get(a    ),
                       _get(a + 1),
                       _get(a + 2),
                       _get(a + 3));
    }
    
    // 
    static int getIntL(long a) {
        return makeInt(_get(a + 3),
                       _get(a + 2),
                       _get(a + 1),
                       _get(a    ));
    }

4. 在将四个字节转化为int，得到0xcfbfc196

总结

Buffer是nio的数据传输介质(端点)，网络I/O中通过ByteBuffer来进行传输，直接缓冲区，操作系统内核空间可以直接填满和排空该缓冲区，减少了拷贝次数。

github地址

https://github.com/yinzhongzheng