6. 彤哥说netty系列之Java NIO核心组件之Buffer

——日拱一卒，不期而至！

你好，我是彤哥，本篇是netty系列的第六篇。

简介

上一章我们一起学习了Java NIO的核心组件Channel，它可以看作是实体与实体之间的连接，而且需要与Buffer交互，这一章我们就来学习一下Buffer的特性。

概念

Buffer用于与Channel交互时使用，通过上一章的学习我们知道，数据从Channel读取到Buffer，或者从Buffer写入Channel。

Buffer本质上是一个内存块，可以向里面写入数据，或者从里面读取数据，在Java中它被包装成了Buffer对象，并提供了一系列的方法用于操作这个内存块。

属性

为了更好地理解Buffer的数据结构，我们必须熟悉它的三个常用属性：

• capacity：容量
• position：当前位置
• limit：限制长度

在读模式和写模式下，position和limit的位置有所不同，见下图：

capacity

Buffer作为一个存储块，是有固定大小的，这个固定大小我们称作“容量”。

当Buffer写满之后，需要先清空或者读取数据，才能继续写入新的数据。

position

写模式下，position从0开始，每写入一个单位的数据，position前进一位，position最大可到达(capacity-1)的位置。

当Buffer从写模式切换为读模式时，position将重置为0。读取数据时，同样地，position每读取一个单位，前进一位，此时，position最大可到达limit的位置（实际最大可读取的位置是(limit-1)）。

limit

写模式下，limit最大值等于capacity。

读模式下，limit最大值等于切换为读模式时position的值，本文来源工从号彤哥读源码。

这里可能有点绕，position类似于数组的下标，是从0开始的，limit表示最大可以读取或者写入的长度，capacity表示最大的容量，limit和capacity不是下标，类似于数组的长度，所以跟position比较需要-1。在写模式下，position指向的是下一个待写入的位置；在读模式下，position指向的是下一个待读取的位置。

类型

Java NIO自带的Buffer类型有：

• ByteBuffer
• MappedByteBuffer
• CharBuffer
• ShortBuffer
• IntBuffer
• LongBuffer
• FloatBuffer
• DoubleBuffer

与基本类型一样，每一种Buffer的基本单位长度不一样罢了。

其中，MappedByteBuffer是一种特殊的ByteBuffer，它使用内存映射的方式加载物理文件，并不会耗费同等大小的物理内存，是一种直接操作堆外内存的方式，读写性能比较高。

基本用法

上面我们学习了Buffer的数据结构以及常用的Buffer类型，它们怎么使用呢？常见的用法主要有四种：

• 将数据写入Buffer
• 切换为读模式flip()
• 从Buffer中读取数据
• 清空数据并切换为写模式clear()或者compact()

来个栗子

public class FileChannelTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 从文件获取一个FileChannel
        FileChannel fileChannel = new RandomAccessFile("D:\object.txt", "rw").getChannel();
        // 分配一个Byte类型的Buffer
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        // 将FileChannel中的数据读出到buffer中，-1表示读取完毕
        // buffer默认为写模式，本文来源工从号彤哥读源码
        // read()方法是相对channel而言的，相对buffer就是写
        while ((fileChannel.read(buffer)) != -1) {
            // buffer切换为读模式
            buffer.flip();
            // buffer中是否有未读数据
            while (buffer.hasRemaining()) {
                // 读取数据
                System.out.print((char)buffer.get());
            }
            // 清空buffer，为下一次写入数据做准备
            // clear()会将buffer再次切换为写模式
            buffer.clear();
        }
    }
}

allocate()

要获取一个Buffer对象，必须先分配它，每个Buffer类都有一个allocate()方法用于分配Buffer对象。

以下示例分配了一个容量为1024的ByteBuffer对象：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

下面是分配了一个容量为48的CharBuffer的对象：

CharBuffer buf = CharBuffer.allocate（48）;

将数据写入Buffer

将数据写入Buffer有两种形式：

• 从Channel读出数据并写入Buffer，也叫从Channel读入Buffer
• 调用Buffer自己的put()方法写入数据

从Channel读入Buffer的示例如下：

int bytesRead = inChannel.read（buf）; //读入Buffer

Buffer自己put()写入数据的示例如下：

buf.put（127）;

当然，put()有很多不同的类型，比如在特定位置写入，写入不同类型的数据等等，可以在IDEA中按F12查看。

flip()

flip()方法用于将Buffer从写模式切换为读模式，position将切换到0位置，且limit将切换到刚才position的位置。

也就是说，position变成了可读数据的首位，limit表示可以读取的最大数据长度。

从Buffer中读取数据

从Buffer中读取数据也有两种形式：

• 从Buffer读取数据，并写入Channel，也叫作从Buffer写入Channel
• 调用Buffer自己的get()方法读取数据

从Buffer写入Channel的示例如下：

// 本文来源工从号彤哥读源码
int bytesWritten = inChannel.write（buf）;

调用Buffer自己的get()方法读取数据的示例如下：

byte aByte = buf.get();   

当然，get()有很多不同的类型，比如从特定的位置读取，读取不同类型的数据等等，可以在IDEA中按F12查看。

rewind()

rewind()方法会重置position为0，但limit保持不变，因此可以用来重新读取数据。通常是在重新读取数据之前调用。

clear()

clear()方法用于清空整个Buffer，并将Buffer从读模式切换回写模式，且position归位到0位置。

compact()

compact()方法用于清空已读取的数据，并将未读取的数据移至Buffer的头部，position的位置移动到从头开始计算的未读取的数据的下一个位置，它也会将Buffer从读模式切换回写模式。

mark() 和 reset()

mark()方法用于标记给定位置，然后可以在之后通过reset()方法重新回到mark的位置，示例如下：

buffer.mark（）;

//多次调用buffer.get（），例如在解析过程中。

buffer.reset（）; //将位置重新设置为标记。 

总结

今天我们学习了Java NIO核心组件Buffer，它经常跟Channel联合起来使用。讲到这里我们一直在使用FileChannel在举例，那么它们到底跟网络编程有什么关系呢？请听下回分解。

参考

http://tutorials.jenkov.com/java-nio/channels.html

最后，也欢迎来我的工从号彤哥读源码系统地学习源码&架构的知识。