NIO - Buffer

NIO —— Buffer源码分析

Buffer的类结构

底层的基础类是抽象类-Buffer，其中定义了四个变量：capacity(容量)，limit(限制)，position(位置)，mark(标记)

在继承了Buffer后，分别对应Java的基本类型(除了Boolean)产生了7个抽象子类，并且在子类中定义了三个变量：hb(缓存数组)，offset，isReadOnly

具体实现类有许多分为三大块：ByteBufferAsXXXX，DirectXXXX(缓冲区在普通内存上)，HeapXXXX(缓冲区在JVM的堆上)

那么，要使用Buffer的时候如何进行实例化呢？

需要调用相应类型的Buffer中的静态方法wrap，得到一个实例对象(默认是HeapXXXX)。

在使用wrap进行构造缓冲区的时候，传入的数组在实际构造的时候只是引用了这个数组，因此在缓冲区之外对传入的数组进行操作时，均会影响到缓冲区。

Buffer中的变量描述

NIO的buffer和普通I/O的buffer中的缓存区别在于：NIO的Buffer给缓存数组定义了一系列的操作函数，方便快捷。

capacity(容量)：缓存数组的大小，数组是一个final类型的变量，因此容量初始化后便不能更改，如果需要扩容，则需要新建一个buffer对象，将内容put到新对象里面。

limit(限制)：第一个不能读取或者写入的索引位置。(可以使用limit()或limit(x)进行获取或修改)；默认值为capacity。

position(位置)：下一个要写入或者读取的索引位置。(可以使用position()或position(x)进行获取或修改)；默认值为0。

mark(标记)：在缓冲区中标记一个位置，在reset()时，将position的值改为mark。(可以使用mark()设置当前的position为mark值)；默认值为-1；当position或者limit的值小于mark值时，此时mark作废变为-1。

几个变量直接的关系：

正常情况下，四个变量的值均不能为负数。

四个变量的大小顺序：0 <= mark <= position <= limit <= capacity

如果修改的limit值小于当前的position时，position也会相应的改变为limit值。

如果修改的position值大于当前的limit时，会直接抛出异常。

Buffer中提供的操作方法

普通方法：

remaining() —— 获取剩余空间大小(limit-position)，可以作为读写时，循环的次数。

isReadOnly() —— 当前缓冲区是否是只读的

isDirect() —— 判断当前缓冲区是否是直接缓冲区；什么是直接缓冲区？正常情况下，buffer的缓冲数组是存放在JVM虚拟机中，这个数组再映射到硬盘中的地址，这会导致吞吐量低，运行效率低，因此，在初始化时可以使用静态方法allocateDirect直接分配直接地址。

put/get方法

get() —— 获取下一个值

get(int index) —— 获取第index位置的值(先判断变量是否合法，并且position值不变)

get(T[] dst, int offset, int length) —— 将length个值保存到从offset索引值开始的dst数组中(先判断变量是否合法)

在验证边界值时：如果是访问dst越界了，会抛出IndexOutOfBoundsException；如果是访问buffer越界了，会抛出BufferUnderflowException。

put(int x) —— 放入一个x值

put(int i, int x) —— 在第i位放入值x(先判断变量是否合法，并且position值不变)

put(T[] dst, int offset, int length) —— 将dst数组从offset开始的length个值存入到缓冲区中(先判断变量是否合法)

put(TBuffer src) —— 将src的缓冲区的remain内容放到当前缓冲区中(先判断变量是否合法)

***所有对数组进行的操作均是使用了System.arraycopy函数。

在验证边界值时：如果是访问src越界了，会抛出IndexOutOfBoundsException；如果是访问buffer越界了，会抛出BufferOverflowException。

因此，在get/put方法中有对数组操作时，一定要用remaining和hasRemaining函数判断剩余空间，在进行分批操作。

putType/getType

将传入的值，按照相应的type类型存储到缓冲区中。

静态方法：

allocate(int capacity) —— 生成一个固定大小的缓冲区(JVM的堆)

allocateDirect(int capacity) —— 生成一个固定大小的直接缓冲区(直接物理内存)，虽然在操作的效率上高效，但是缓冲区的创建和销毁会增加消耗。创建是用Unsafe类进行创建，销毁时用虚引用引导GC对内存进行销毁。但不会立马释放

直接缓冲区和非直接缓冲区的比较：

直接缓冲区的put/get操作的效率要高于非直接缓冲区，因为在直接缓冲区中，put/get操作是直接本地系统的操作进行的，效率比通过jvm要高。

final方法：

clear() —— 将缓冲区的状态变为初始状态(limit = capacity；position = 0；mark = -1)，并没有将原先的数据引用清除，准备好新一次的写入。

flip() —— 对缓存区进行反转，这个反转是将buffer从写的状态改变为读的状态(limit = position；position = 0；mark = -1)。

hasArray() —— 判断缓冲区底层是否有可用的数组。hb(数组)为null或者是isReadOnly的均返回false。

hasRemaining() —— 判断当前位置(position)和限制位置(limit)之间是否有元素。可以作为读写时，循环的次数。

rewind() —— 修改缓冲区的状态(position = 0；mark = -1)，常用于重新读取缓冲区中的内容。

arrayOffset() —— 返回缓冲区中的offset变量，在写入时，起始值的偏移量

对缓冲区的操作

slice(截取) —— 按照缓冲区现在的状态，截取剩余的缓冲区，并创建一个buffer实例，但是底层的数组是共享的，也就是一边修改另一边也会有影响。

duplicate(复制) —— 复制一个状态与现在的一致的buffer实例，但是底层的数组还是共享的。

compact(压缩) —— 将剩余缓冲区压至缓冲区的最前面。

Byte缓冲区类型转换

利用asTypeBuffer可以将ByteBuffer缓冲区转换成相应类型的缓冲区，可视为一种视图(只允许读取，不允许修改)

缓冲区的比较

使用函数equal和compareTo，比较的先后顺序：

1. 是否是自身
2. 类型是否一致
3. remaining是否一致
4. position到limit之间的数据是否一致(之前不比较)

本人根据《NIO与Socket编程技术指南》和源码一起进行分析的，如有不正确的地方请进行指正，谢谢！