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Java NIO(2) Buffer 缓冲器详解

分类: 文章 • 2025-02-27 11:33:11

Java NIO

1. Java NIO 基本组件介绍

2. Java NIO 核心组件：Buffer 缓冲器

3. Java NIO 核心组件：Channel 通道

4. Java NIO 核心组件：Selector 选择器，Pipe 管道


Buffer 缓冲器


Java NIO 的 Buffer 由数据和索引（用于高效访问和操纵数据）组成，这些索引包括4个：
  • mark（标记索引）
  • position（位置索引）
  • limit（限制索引）
  • capacity（容量索引）；
这 4 个索引的数值关系：0 <= mark <= position <= limit <= capacity，默认的初始化值：0 = position ，limit = capacity

唯一与通道 Channel 进行交互的 Buffer 是ByteBuffer，其他 Buffer 类似都会转化为 ByteBuffer 之后再与 Channel 进行交互，这些缓冲器类型包括以下：
CharBuffer、DoubleBuffer、IntBuffer、LongBuffer、ShortBuffer、FloatBuffer；

Buffer 常用的 API

Java NIO(2) Buffer 缓冲器详解

ByteBuffer 常用的 API

Java NIO(2) Buffer 缓冲器详解


缓存区的创建，写入，读取（以 ByteBuffer 示例）

 
//直接通过包装字节数组创建 ByteBuffer        
ByteBuffer byteBuffer1 = ByteBuffer.wrap(new byte[]{21,23,5,98,123,34,22});
ByteBuffer byteBuffer2 = ByteBuffer.wrap("are you ok".getBytes("UTF-8"));
​
//创建一个指定容量的空白 ByteBuffer
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
​
//向 ByteBuffer 写入数据
byteBuffer.put((byte)12);
byteBuffer.putChar('a');
byteBuffer.putDouble(23.33);
byteBuffer.putLong(23333333333333L);
byteBuffer.put("are you ok?".getBytes("UTF-8"));
​
//从 ByteBuffer 读取数据
byteBuffer.flip();                  //重绕缓冲区，limit = position，position = 0
byte b = byteBuffer.get();          //b = 12
char ch = byteBuffer.getChar();     //ch = a
double d = byteBuffer.getDouble();  //d = 23.33
long l = byteBuffer.getLong();      //l = 23333333333333
​
byte[] strbytes = new byte[byteBuffer.remaining()];  //byte数组大小 = byteBuffer position 到 limit 的元素个数
byteBuffer.get(strbytes);
String str = new String(strbytes);    // str = "are you ok?"

缓冲区的各种刷新方式

Java NIO(2) Buffer 缓冲器详解
①clear：清除此缓冲区，各个索引的设置：position = 0，limit = capacity ，mark 丢弃（即将 position，limit，mark 还原为初始状态）；
 
// clear 常常用于要完全初始化一个 buffer 的时候
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); 
FileChannel in = new FileInputSteam("data.dat").getChannel();
in.read(buffer);
....
FileChannel in2 = new FileInputStream("data2.dat").getChannel();
buffer.clear();  //将 buffer 恢复到初始化状态
in2.read(buffer);
②flip：反转此缓冲区，各个索引的设置：limit = position，position = 0；
 
//filp 经常用于当缓冲区写入某些数据之后，position 发生变化，要重新读取缓冲区的有效内容（认为 limit 为当前的 position）
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
buffer.put("are you ok?".getBytes("UTF-8"));'
buffer.flip();   //设置缓冲区 position 后反转缓冲区
​
byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()];
buffer.get(bytes);
String str = new String(bytes);
③rewind：重绕此缓冲区，各个索引的设置：position = 0，，mark 丢弃；
 
//rewind 常常用在缓冲区的 position 发生变化后，要重新使用缓冲区的有效内容（在缓冲区设置了limit的情况下）,常常和 flip 配合使用
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
buffer.put("are you ok?".getBytes("UTF-8"));'
buffer.limit(buffer.position()).rewind();   //设置缓冲区 limit 后 rewind 缓冲区
​
byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()];
buffer.get(bytes);
String str = new String(bytes);
④reset：将此缓冲区的位置重置为以前标记的位置，position = mark；
 
// reset 常常和 mark 结合使用，经常用在缓冲区回滚
FileChannel in = .....
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(100);
in.read(buffer);
buffer.mark();
in.read(buffer);
buffer.reset();    //position 回滚到 mark 点，相当于第 6 行的 in.read() 没有实际效果

改变 Buffer 的字节存放顺序

Buffer 由以下 2 种字节存放顺序，默认使用 高位优先 储存顺序，可以通过order()方法改变字节存放顺序；
  • 高位优先（big endian）：将重要的字节存放在地址的最低储存单元，如 short 值 97 的高位优先排序：00000000 01100001
  • 低位优先（little endian）：将重要的字节存放在地址的最高储存单元，如 short 值 97 的低位优先排序：01100001 0000000
 
ByteBuffer buff = ByteBuffer.wrap(new byte[]{97});
buff.order(ByteOrder.BIG_ENDIAN);            //更改为高位优先排序
buff.order(ByterOrder.LITTLE_EBDIAN);        //更改为低位优先排序

使用视图缓冲器将 ByteBuffer 映射为其他类型 Buffer

可以使用视图 view buffer 以某个特定的基本类型 Buffer 的视窗查看底层的 ByteBuffer，ByteBuffer 仍然是实际出储存数据的地方，但是可以以其他类型的 Buffer（IntBudder，CharBuffer等）查看，而对这些视窗的任何修改都会映射为底层 ByteBuffer 中数据的修改；
 
ByteBuffer buff = ByteBuffer.wrap(new byte[]{0,1,0,'a'});
​
IntBuffer intbuf = buff.asIntBuffer();   
CharBuffer charbuf = buff.asCharBuffer();
DoubleBuffer doublebuf = buff.asDoubleBuffer();
FloatBuffer floatbuf = buff.asFloatBuffer();
ShortBuffer shortbuf = buff.asShortBuffer();
​
ByteBuffer buff_readOnly = buff.asReadOnlyBuffer();

ByteBuffer 和 CharBuffer 之间的转换

对于将 ByteBuffer 转化为 CharBuffer ，会涉及到字符的编码解码问题，java.nio.CharSet对这一过程提供了支持；
1）对输入内容进行解码
 
//从文件通道获取ByteBuffer缓冲区，将其解码为Unicode字符类型的CharBuufer缓冲区，并输入到内存中；
ByteBuffer buff = ButtBuffer.allocate(1024);  
FileChannel fc = new FileChannel(new InpuStream("target.txt")).getChannel();
fc.read(buff);                      //读取文件通道的数据到缓冲区（此时缓冲区中的数据时未被编码的byte）
buff.flip();  
​
CharBuffer charbuff = CharSet.forname("UTF-8").decode(buff)   //使用 UTF-8 格式解码
while(charbuff.hasRemaining())
     System.out.print(charbuff.get());
2）对输出内容进行编码
 
//将Unicode字符类新的CharBuffer缓冲区编码为ByteBuffer缓冲区，并输出到文件中通道中；
FileChannel fc = new FileChannel(new OutputStream("src.txt")).getChannel();
CharBuffer charbuff = ByteBuffer.allcoate(1024).asCharBuffer();
charbuff.put("are you ok?");
charbuff.flip();
​
ByteBuffer buff = CharSet.forname("UTF-8").encode(charbuff);    //使用 UTF-8 格式编码
fc.write(buff);


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