Java NIO中的Buffer
简介
Buffer缓冲区,首先要弄明白的是,缓冲区是怎样一个概念。它其实是缓存的一种,我们常说的缓存,包括保存在硬盘上的浏览器缓存,保存在内存中的缓存(比如Redis、memcached)。Buffer是把数据保存在内存中,它本质上用来保存数据的数据结构是数组,例如ByteBuffer是byte数组,IntBuffer是int数组等,对Buffer读写操作,其实是对该数组进行数据存放、读取、清除操作。
Buffer可以理解成是一个容器,可以往容器里写入数据,也可以从容器中读取数据,可以一个字节一个字节的读写,也可以多个字节读写,可以在写的途中切换为读,读到一半又切换到写,等等。。。
Buffer有以下几个属性:
- int mark 标记
- int position 位置
- int limit限制
- int capacity缓冲区的容量,Buffer的容量是固定的,在创建Buffer对象时,制定容量大小。
这几个属性,有什么作用,用在什么地方,为何设置这4个属性。其实不用先理解,在了解reset(),flip()等方法后,就会明白这四个属性的用处。
主要方法
mark、reset
- mark() 在Buffer当前的位置设置标记
public final Buffer mark() {
mark = position;
return this;
}
- reset() 重置Buffer当前的位置为上一次的标记
public final Buffer reset() {
int m = mark;
if (m < 0)
throw new InvalidMarkException();
position = m;
return this;
}
这两个方法的使用场景,从Buffer读取n个字节数据,结果读出来的数据长度比n小(比如网络是拆包问题),这时候会重新再读一次,调用reset()方法。但并不是所有读操作是从位置0开始读,所以在reset()先设置一个标记,调用mark(),最后position = mark,就是从标记的mark位置开始读。
clear,flip, rewind
- clear() 清除Buffer
public final Buffer clear() {
position = 0;
limit = capacity;
mark = -1;
return this;
}
- flip() 反转Buffer,何谓“反转”?在执行完写操作之后,调用调用flip()为下次的读操作准备。
public final Buffer flip() {
limit = position;
position = 0;
mark = -1;
return this;
}
使用场景:在进行完写操作后,写入100个字节,所以当前位置position=100,为了下次读操作,读出来是这100个字节数据,所以limit也设为100,限制最多读到100个字节。下次读是从位置0开始,所以position=0。
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(100);
String value = "zhangxh20";
buffer.put(value.getBytes());
buffer.flip();
byte [] arr = new byte[buffer.remaining()];
buffer.get(arr);
String decodeValue = new String(arr);
看下调用flip()操作前后的对比。
如果不做flip操作,读到的将是position到capacity之间的错误内容。
当执行flip()操作之后,它的limit被设置为position,position设置为0,capacity不变,由于读取的内容是从position到limit之间,因此,他能够正确读取到之前写入缓冲区的内容。
- rewind() 重绕Buffer,可以发现rewind()比flip()少了个步骤limit = positon。
public final Buffer rewind() {
position = 0;
mark = -1;
return this;
}
使用场景:buffer.get(array),把buffer的数据复制到array数组里,会调用buffer的get()方法。get()是从position开始复制,最多limit个,所以只需positon设置为0。
其他特性
不变式
标记、位置、限制和容量值遵守以下不变式:
0 <= 标记 <= 位置 <= 限制 <= 容量
新创建的缓冲区总有一个 0 位置和一个未定义的标记。初始限制可以为 0,也可以为其他值,这取决于缓冲区类型及其构建方式。一般情况下,缓冲区的初始内容是未定义的。
线程安全
Buffer不是线程安全的,被多个线程使用时,需要加同步。
ByteBuffer
byteBuffer字节缓冲区,即每次调用get()或者put()操作的数据最小单位是byte,理IntBuffer、LongBuffer、DoubleBuffer以此类推。例如LongBuffer put()最小的单位是8个字节的long数据。日常开发中,ByteBuffer使用的会比较多,其他类型Buffer很少使用。
事实上ByteBuffer也可以用来表示其他类型Buffer,比如IntBuffer的get(),可以用ByteBuffer的getInt(),两个实现效果一样。
堆内存和直接内存
Buffer在创建时,必须指定容量大小,还有分配内存的类型,有两种堆内存和直接内存,直接可以理解为堆外的内存空间,区别就是,直接内存是不受GC管理
参考资料
- 《Netty权威指南》
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