Java NIO Buffer缓冲区

原文链接：http://tutorials.jenkov.com/java-nio/buffers.html

Java NIO Buffers用于和NIO Channel交互。正如你已经知道的，我们从channel中读取数据到buffers里，从buffer把数据写入到channels.

buffer本质上就是一块内存区，可以用来写入数据，并在稍后读取出来。这块内存被NIO Buffer包裹起来，对外提供一系列的读写方便开发的接口。

Buffer基本用法（Basic Buffer Usage）

利用Buffer读写数据，通常遵循四个步骤：

把数据写入buffer；
调用flip；
从Buffer中读取数据；
调用buffer.clear()或者buffer.compact()

当写入数据到buffer中时，buffer会记录已经写入的数据大小。当需要读数据时，通过flip()方法把buffer从写模式调整为读模式；在读模式下，可以读取所有已经写入的数据。

当读取完数据后，需要清空buffer，以满足后续写入操作。清空buffer有两种方式：调用clear()或compact()方法。clear会清空整个buffer，compact则只清空已读取的数据，未被读取的数据会被移动到buffer的开始位置，写入位置则近跟着未读数据之后。

这里有一个简单的buffer案例，包括了write，flip和clear操作：

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();

Buffer的容量，位置，上限（Buffer Capacity, Position and Limit）

buffer缓冲区实质上就是一块内存，用于写入数据，也供后续再次读取数据。这块内存被NIO Buffer管理，并提供一系列的方法用于更简单的操作这块内存。

一个Buffer有三个属性是必须掌握的，分别是：

capacity容量
position位置
limit限制

position和limit的具体含义取决于当前buffer的模式。capacity在两种模式下都表示容量。

下面有张示例图，描诉了不同模式下position和limit的含义：

Buffer capacity, position and limit in write and read mode.

容量（Capacity）

作为一块内存，buffer有一个固定的大小，叫做capacity容量。也就是最多只能写入容量值的字节，整形等数据。一旦buffer写满了就需要清空已读数据以便下次继续写入新的数据。

位置（Position）

当写入数据到Buffer的时候需要中一个确定的位置开始，默认初始化时这个位置position为0，一旦写入了数据比如一个字节，整形数据，那么position的值就会指向数据之后的一个单元，position最大可以到capacity-1.

当从Buffer读取数据时，也需要从一个确定的位置开始。buffer从写入模式变为读取模式时，position会归零，每次读取后，position向后移动。

上限（Limit）

在写模式，limit的含义是我们所能写入的最大数据量。它等同于buffer的容量。

一旦切换到读模式，limit则代表我们所能读取的最大数据量，他的值等同于写模式下position的位置。

数据读取的上限时buffer中已有的数据，也就是limit的位置（原position所指的位置）。

Buffer Types

Java NIO有如下具体的Buffer类型：

ByteBuffer
MappedByteBuffer
CharBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
IntBuffer
LongBuffer
ShortBuffer

正如你看到的，Buffer的类型代表了不同数据类型，换句话说，Buffer中的数据可以是上述的基本类型；

MappedByteBuffer稍有不同，我们会单独介绍。

分配一个Buffer（Allocating a Buffer）

为了获取一个Buffer对象，你必须先分配。每个Buffer实现类都有一个allocate()方法用于分配内存。下面看一个实例,开辟一个48字节大小的buffer：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

开辟一个1024个字符的CharBuffer：

CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

写入数据到Buffer（Writing Data to a Buffer）

写数据到Buffer有两种方法：

从Channel中写数据到Buffer
手动写数据到Buffer，调用put方法

下面是一个实例，演示从Channel写数据到Buffer：

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

通过put写数据：

buf.put(127);

put方法有很多不同版本，对应不同的写数据方法。例如把数据写到特定的位置，或者把一个字节数据写入buffer。参考JavaDoc文档可以查阅的更多数据。

翻转（flip()）

flip()方法可以吧Buffer从写模式切换到读模式。调用flip方法会把position归零，并设置limit为之前的position的值。也就是说，现在position代表的是读取位置，limit标示的是已写入的数据位置。

从Buffer读取数据（Reading Data from a Buffer）

冲Buffer读数据也有两种方式。

从buffer读数据到channel
从buffer直接读取数据，调用get方法

读取数据到channel的例子：

//read from buffer into channel.

int bytesWritten = inChannel.write(buf);

调用get读取数据的例子：

byte aByte = buf.get();

get也有诸多版本，对应了不同的读取方式。

rewind()

Buffer.rewind()方法将position置为0，这样我们可以重复读取buffer中的数据。limit保持不变。

clear() and compact()

一旦我们从buffer中读取完数据，需要复用buffer为下次写数据做准备。只需要调用clear或compact方法。

clear方法会重置position为0，limit为capacity，也就是整个Buffer清空。实际上Buffer中数据并没有清空，我们只是把标记为修改了。

如果Buffer还有一些数据没有读取完，调用clear就会导致这部分数据被“遗忘”，因为我们没有标记这部分数据未读。

针对这种情况，如果需要保留未读数据，那么可以使用compact。因此compact和clear的区别就在于对未读数据的处理，是保留这部分数据还是一起清空。

mark() and reset()

通过mark方法可以标记当前的position，通过reset来恢复mark的位置，这个非常像canva的save和restore：

buffer.mark();

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

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

equals() and compareTo()

可以用eqauls和compareTo比较两个buffer

equals()

判断两个buffer相等，需满足：

类型相同
buffer中剩余字节数相同
所有剩余字节相等

从上面的三个条件可以看出，equals只比较buffer中的部分内容，并不会去比较每一个元素。

compareTo()

compareTo也是比较buffer中的剩余元素，只不过这个方法适用于比较排序的：