网络编程——Buffer

Buffer用于和NIO通道进行交互。数据是从通道读入缓冲区，从缓冲区写入到通道中的。以写为例，应用程序都是将数据写入缓冲，再通过通道把缓冲的数据发送出去，读也是一样，数据总是先从通道读到缓冲，应用程序再读缓冲的数据。

缓冲区本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。

Buffer的基本属性

• capacity
  作为一个内存块，Buffer有一个固定的大小值，也叫“capacity”。你只能往里写capacity个byte、long，char等类型。一旦Buffer满了，需要将其清空（通过读数据或者清除数据）才能继续写数据往里写数据。
• position
  当你写数据到Buffer中时，position表示当前的位置。初始的position值为0。当一个byte、long等数据写到Buffer后， position会向前移动到下一个可插入数据的Buffer单元。position最大可为capacity-1。
  当读取数据时，也是从某个特定位置读。当将Buffer从写模式切换到读模式，position会被重置为0。当从Buffer的position处读取数据时，position向前移动到下一个可读的位置。
• limit
  在写模式下，Buffer的limit表示你最多能往Buffer里写多少数据。 写模式下，limit等于Buffer的capacity。
  当切换Buffer到读模式时， limit表示你最多能读到多少数据。因此，当切换Buffer到读模式时，limit会被设置成写模式下的position值。换句话说，你能读到之前写入的所有数据（limit被设置成已写数据的数量，这个值在写模式下就是position）
  

Buffer的分配

要想获得一个Buffer对象首先要进行分配。 每一个Buffer类都有allocate方法(可以在堆上分配，也可以在直接内存上分配)。

Buffer是一个抽象类，其实现类如上图，一般我们在网络编程中最常用的是ByteBuffer

• 分配48字节capacity的ByteBuffer：ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
• 分配一个可存储1024个字符的CharBuffer：CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);
• wrap方法：把一个byte数组或byte数组的一部分包装成ByteBuffer：
  ByteBuffer wrap(byte [] array)
ByteBuffer wrap(byte [] array, int offset, int length)

另外使用 allocate() 方法都是在堆上进行分配，如果想要在直接内存上进行分配，可以使用 allocateDirect()

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向Buffer中写数据

写数据到Buffer有两种方式：

• 读取Channel写到Buffer
• 通过Buffer的put()方法写到Buffer里

例如：从Channel写到Buffer的例子
int bytes = channel.read(buffer);

例如：通过put方法写Buffer的例子：
buffer.put(2);

从Buffer中读数据

从Buffer中读取数据有两种方式：

• 从Buffer读取数据写入到Channel。
• 使用get()方法从Buffer中读取数据。

例如：从Buffer读取数据到Channel的例子：
int bytes = channel.write(buffer);

例如：使用get()方法从Buffer中读取数据的例子
byte bytes = buffer.get();

使用Buffer读写数据常见步骤

1. 写入数据到Buffer(可能是自己的应用程序，也可能是系统)
2. 调用flip()方法
3. 从Buffer中读取数据
4. 调用clear()方法或者compact()方法

其中 flip 方法将Buffer从写模式切换到读模式。调用flip()方法会将position设回0，并将limit设置成之前position的值。（详细可见上述示意图）
换句话说，position现在用于标记读的位置，limit表示之前写进了多少个byte、char等 —— 现在能读取多少个byte、char等。

当向buffer写入数据时，buffer会记录下写了多少数据。一旦要读取数据，需要通过flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式。在读模式下，可以读取之前写入到buffer的所有数据。

一旦读完了所有的数据，就需要清空缓冲区，让它可以再次被写入。有两种方式能清空缓冲区：调用clear()或compact()方法。clear()方法会清空整个缓冲区。compact()方法只会清除已经读过的数据。任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处，新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面。

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Buffer常用方法

mark()与reset()方法
通过调用Buffer.mark()方法，可以标记Buffer中的一个特定position。之后可以通过调用Buffer.reset()方法恢复到这个position。例如：
buffer.mark();
buffer.reset();

equals()与compareTo()方法
可以使用equals()和compareTo()方法两个Buffer。

• equals()
  当满足下列条件时，表示两个Buffer相等：

  1. 有相同的类型（byte、char、int等）。
  2. Buffer中剩余的byte、char等的个数相等。
  3. Buffer中所有剩余的byte、char等都相同。

  如你所见，equals只是比较Buffer的一部分，不是每一个在它里面的元素都比较。实际上，它只比较Buffer中的剩余元素。

• compareTo()
  compareTo()方法比较两个Buffer的剩余元素(byte、char等)， 如果满足下列条件，则认为一个Buffer“小于”另一个Buffer：
  1. 第一个不相等的元素小于另一个Buffer中对应的元素 。
  2. 所有元素都相等，但第一个Buffer比另一个先耗尽(第一个Buffer的元素个数比另一个少)。

Buffer常用方法总结

方法	描述
reset()	把position设置成mark的值，相当于之前做过一个标记，现在要退回到之前标记的地方
clear()	position = 0;limit = capacity;mark = -1; 有点初始化的味道，但是并不影响底层byte数组的内容
compact()	把从position到limit中的内容移到0到limit-position的区域内，position和limit的取值也分别变成limit-position、capacity。如果先将positon设置到limit，再compact，那么相当于clear()
flip()	limit = position;position = 0;mark = -1; 翻转，也就是让flip之后的position到limit这块区域变成之前的0到position这块，翻转就是将一个处于存数据状态的缓冲区变为一个处于准备取数据的状态
rewind()	把position设为0，mark设为-1，不改变limit的值
remaining()	return limit - position; 返回limit和position之间相对位置差
hasRemaining()	return position < limit; 返回是否还有未读内容
get()	相对读，从position位置读取一个byte，并将position+1，为下次读写作准备
get(int index)	绝对读，读取byteBuffer底层的bytes中下标为index的byte，不改变position
get(byte[] dst, int offset, int length)	从position位置开始相对读，读length个byte，并写入dst下标从offset到offset+length的区域
put(byte b)	相对写，向position的位置写入一个byte，并将postion+1，为下次读写作准备
put(int index, byte b)	绝对写，向byteBuffer底层的bytes中下标为index的位置插入byte b，不改变position
put(ByteBuffer src)	用相对写，把src中可读的部分（也就是position到limit）写入此byteBuffer
put(byte[] src, int offset, int length)	从src数组中的offset到offset+length区域读取数据并使用相对写写入此byteBuffer
limit(), limit(10)等	其中读取和设置这4个属性的方法的命名和jQuery中的val(),val(10)类似，一个负责get，一个负责set

其中我们需要注意的是，get(int index)和put(int index, byte b)是不会改变position位置的，还有就是需要注意下图中的offset参数是指byte数组的位置，而不是说buffer的位置。