NIO缓冲区的基本概念

曾经终败给现在 2022-06-15 09:21 250阅读 0赞

NIO与原来的IO有同样的作用和目的，但是使用的方式完全不同，NIO支持面向缓冲区的、基于通道的IO操作。

Java NIO系统的核心在于：通道(Channel)和缓冲区(Buffer)。

其中Channel 负责传输， Buffer 负责存储

缓冲区（Buffer）：  
缓冲区就像一个数组，可以保存多个相同类型的数据。根据数据类型不同(boolean 除外) ，有以下 Buffer 常用子类：

ByteBuffer  
CharBuffer  
ShortBuffer  
IntBuffer  
LongBuffer

FloatBuffer

DoubleBuffer

上述 Buffer类他们都采用相似的方法进行管理数据，只是各自管理的数据类型不同而已。都是通过如下方法获取一个 Buffer 对象：

static XxxBuffer allocate(int capacity) : 创建一个容量为 capacity 的 XxxBuffer 对象缓冲区的基本属性:

容量 (capacity) ：表示 Buffer 最大数据容量，缓冲区容量不能为负，并且创建后不能更改。  
限制 (limit)：第一个不应该读取或写入的数据的索引，即位于 limit 后的数据不可读写。缓冲区的限制不能为负，并且不能大于其容量。  
位置 (position)：下一个要读取或写入的数据的索引。缓冲区的位置不能为负，并且不能大于其限制。  
标记 (mark)与重置 (reset)：标记是一个索引，通过 Buffer 中的 mark() 方法指定 Buffer 中一个特定的 position，之后可以通过调用 reset() 方法恢复到这个 position。

0 <= mark <= position <= limit <= capacity

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Buffer clear()</td> 
   <td>清空缓冲区并返回对缓冲区的引用</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Buffer flip()</td> 
   <td>将缓冲区的界限设置为当前位置，并将当前位置充值为 0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>int capacity()</td> 
   <td>返回 Buffer 的 capacity 大小</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>boolean hasRemaining()</td> 
   <td>判断缓冲区中是否还有元素</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>int limit()</td> 
   <td>返回 Buffer 的界限(limit) 的位置</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Buffer limit(int n)</td> 
   <td>将设置缓冲区界限为 n, 并返回一个具有新 limit 的缓冲区对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Buffer mark()</td> 
   <td>对缓冲区设置标记</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>int position()</td> 
   <td>返回缓冲区的当前位置 position</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Buffer position(int n)</td> 
   <td>将设置缓冲区的当前位置为 n , 并返回修改后的 Buffer 对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>int remaining()</td> 
   <td>返回 position 和 limit 之间的元素个数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Buffer reset()</td> 
   <td>将位置 position 转到以前设置的 mark 所在的位置</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Buffer rewind()</td> 
   <td>将位置设为为 0， 取消设置的 mark</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

缓冲区的数据操作:

Buffer 所有子类提供了两个用于数据操作的方法：get() 与 put() 方法:

1.获取 Buffer 中的数据

get() ：读取单个字节  
get(byte\[\] dst)：批量读取多个字节到 dst 中  
get(int index)：读取指定索引位置的字节(不会移动 position)

2.放入数据到 Buffer 中

put(byte b)：将给定单个字节写入缓冲区的当前位置  
put(byte\[\] src)：将 src 中的字节写入缓冲区的当前位置  
put(int index, byte b)：将指定字节写入缓冲区的索引位置(不会移动 position)

最后再来说一下直接以及非直接缓冲区的概念:

1.字节缓冲区要么是直接的，要么是非直接的。如果为直接字节缓冲区，则 JVM会尽最大努力直接在此缓冲区上执行本机 I/O 操作。也就是说，在每次调用基础操作系统的一个本机 I/O 操作之前（或之后），虚拟机都会尽量避免将缓冲区的内容复制到中间缓冲区中（或从中间缓冲区中复制内容）。

2.直接字节缓冲区可以通过调用此类的 allocateDirect() 工厂方法来创建。此方法返回的缓冲区进行分配和取消分配所需成本通常高于非直接缓冲区。直接缓冲区的内容可以驻留在常规的垃圾回收堆之外，因此，它们对应用程序的内存需求量造成的影响可能并不明显。所以，建议将直接缓冲区主要分配给那些易受基础系统的本机 I/O 操作影响的大型、持久的缓冲区。一般情况下，最好仅在直接缓冲区能在程序性能方面带来明显好处时分配它们。

3.直接字节缓冲区还可以通过 FileChannel 的 map() 方法 将文件区域直接映射到内存中来创建。该方法返回MappedByteBuffer 。Java 平台的实现有助于通过 JNI 从本机代码创建直接字节缓冲区。如果以上这些缓冲区中的某个缓冲区实例指的是不可访问的内存区域，则试图访问该区域不会更改该缓冲区的内容，并且将会在访问期间或稍后的某个时间导致抛出不确定的异常。

4.字节缓冲区是直接缓冲区还是非直接缓冲区可通过调用其 isDirect() 方法来确定。提供此方法是为了能够在性能关键型代码中执行显式缓冲区管理。