Java NIO 简明教程之 Java NIO 缓冲（Buffer）

Java NIO Buffers 和 NIO Channel 一起使用。正如你所知，数据从通道（channel）中读取到缓冲区（buffers），或从缓冲区（buffer）把数据写入到通道（channels） .

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一个缓冲区（Buffer）本质上就是一块可以用来读写数据的内存区。这块内存被包裹在 NIO Buffer 对象中(注：本质就是在内存块域中创建的一个byte数组)，对外提供一系列的使你能够方便操作该内存块的方法。

Buffer 基本用法（Basic Buffer Usage）

使用缓冲区(Buffer) 读写数据，通常遵循四个步骤：

把数据写入缓冲区（Buffer）；
调用 flip；
从缓冲区（Buffer）中读取数据；
调用 buffer.clear() 或者 buffer.compact()

当你向缓冲区（Buffer）写入数据时，缓冲区（Buffer）会记录已经写入的数据大小。当需要读数据时，需通过 flip() 方法把缓冲区（Buffer）从写模式切换成读模式；在读模式下，可以读取所有已经写入的数据。

当你读取完数据后，需要清空缓冲区（Buffer），以满足向缓冲区(Buffer) 再次写入。清空缓冲区（Buffer）有两种方式：调用clear() 或 compact() 方法。clear() 会清空整个缓冲区（Buffer），compact() 仅只清空已读取的数据，未被读取的数据会被移动到缓冲区（Buffer）的开始位置，写入位置则紧跟着未读数据之后。

下面是一个使用缓冲区（Buffer）的简单示例，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();

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

缓冲区（Buffer）本质上就是一块可以用来读写数据的内存区。这块内存被包裹在 NIO Buffer 对象中(注：本质就是在内存块域中创建的一个byte数组)，对外提供一系列的使你能够方便操作该内存块的方法。

一个缓冲区（Buffer）有三个重要属性是必须掌握的，它能使你了解缓冲区（Buffer）是如何工作的：

capacity 容量
position 位置
limit 限制

position 和 limit 的具体含义取决于当前缓冲区（Buffer）是读模式或是写模式。capacity 在这两种模式下都表示缓冲区（Buffer）的容量。

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.
注1：在写模式下 limit 和 capacity 意义一样表示可写的内存的大小，position 指向当前已写到了那块内存地址，初始指向 0，最大 limit/capacity；
注2：在读模式下 limit 表示本次可读的最大数据，position 表示当前读到了那一块内存地址，limit 到 capacity 表示可写的内存；

容量（Capacity）

创建一个缓冲区（Buffer）的时候实际上创建的是一块固定大小的内存，缓冲区（Buffer）的这个固定大小叫做 capacity。也就是你只能写入 capacity 大小的字节、长整型、字符等。一旦缓冲区写满，如果想要继续写数据，就需要读取缓冲区中的数据或者直接清除缓冲区中的数据。

位置（Position）

当向缓冲区（Buffer）写入数据的时候，开始位置（position）必须确定。位置（position）初始值为 0，当你写入一个字节，长整型到缓冲区（Buffer）时，位置（position）就会指向写入数据之后的内存单元，注意位置（position）最大取值为 capacity-1.

当从缓冲区（Buffer）读取数据时，也需要从一个确定的位置（position）开始。缓冲区（Buffer）从写入模式变为读取模式时，位置（position）会归零，每次读取后，位置（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。它等同于缓冲区（Buffer）的容量（capacity）。

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。数据读取的上限是缓冲区（Buffer）中已有的数据，也就是limit 的位置（原 position 所指的位置）。

缓冲区类型（Buffer Types）

Java NIO 提供了下面几种具体缓冲区（Buffer）类型:

ByteBuffer
MappedByteBuffer
CharBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
IntBuffer
LongBuffer
ShortBuffer

正如你所见，缓冲区（Buffer）支持不同的数据类型。换言之，缓冲区（Buffer）中的数据可以是char、short、int、long、float、double基本类型。

MappedByteBuffer 是稍有不同，将在后续的章节中单独介绍。（注：常会用来操作大文件）

分配一个缓冲区（Allocating a Buffer）

想要获得缓冲区（Buffer）对象，必须先要分配它。每个缓冲区（Buffer）类都有一个 allocate() 方法来执行该操作。

下面是一个分配 48 字节的大小缓冲区（Buffer）示例：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

下面是一个分配 1024 字节的大小缓冲区（Buffer）示例：

CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

写入数据到缓冲区（Writing Data to a Buffer）

可以通过以下两种方式把数据写入缓冲区（Buffer）：

从 Channel 中向缓冲区（Buffer）写数据；
通过调用缓冲区（Buffer）的 put() 方法写入数据；

下面是一个从 Channel 写数据到缓冲区（Buffer）的示例：

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

下面是通过使用 put() 方法写入数据到缓冲区（Buffer）:

buf.put(127);

put() 方法有多个重载版本，支持不同的方式写入数据到缓冲区（Buffer）。例如：把数据写入指定位置，或写入数组字节。关于缓冲区（Buffer）更多的操作见JavaDoc 文档详细说明。

翻转（flip()）

flip() 方法可以把缓冲区（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。

从缓冲区读取数据（Reading Data from a Buffer）

缓冲区（Buffer）读数据也有两种方式：

从缓冲区（Buffer）读数据写入到 Channel；
使用get()方法从缓冲区（Buffer）读数据；

下面是一个从缓冲区（Buffer）读数据写入到 channel 的示例：

//read from buffer into channel.
int bytesWritten = inChannel.write(buf);

下面的是一个使用get()方法从缓冲区（Buffer）读数据的示例：

byte aByte = buf.get();

get()也多个版本的重载方法，对应不同的读取方法。

rewind()

调用 rewind() 方法将 position 置为 0，这样可以重复的读取缓冲区（Buffer）中的数据。limit 保持不变。

clear() 和 compact()

一旦读完缓冲区中的数据后，你必须保证缓冲区（Buffer）能够被再次写入，需要调用 clear() 和 compact() 方法来调整 position,limit。

当你调用clear()方法将 position 设置为 0，limit被设置为 capacity 。看起来缓冲区（Buffer）的数据被清空了，实际上数据并没有被清除，只是调整了positon、limit 使缓冲区（Buffer）能够被再次写入覆盖之前的数据，即使数据没有被读取。

如果有未读的数据，你并不想他们被覆盖，那么你可使用compact() 方法代替 clear() 方法。

compact() 将拷贝所有未读的数据放在缓冲区（Buffer）的开始位置，此时 position 并不会被设置为 0，而是未读的数据长度，limit 等于 capacity 和 clear（）方法的效果一样，缓冲区（Buffer）可以再次被写入，但是不用担心会覆盖之前的数据。

mark() 和 reset()

你可以通过 Buffer.mark() 方法可以标记当前的 position ，在 mark() 方法之后也可以通过 Buffer.reset() 来复位 position。
以下是一个示例：

buffer.mark();

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

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

equals() 和 compareTo()

可以使用 equals() 和 compareTo() 比较两个缓冲区（Buffer）。

equals()

比较两个缓冲区（Buffer）是否相等，需要满足:

类型相同(byte,char,int等等)
缓冲区（Buffer）中剩余的字节、字符大小相同
所有剩余的字节相同

从上面的条件可以看出，equals 只会比较缓冲区（Buffer）中的部分内容，而不是缓冲区（Buffer）的每一个元素。

compareTo()

compareTo() 方法也是比较两个缓冲区中剩余元素（字节、字符等等），以便在排序过程中使用。一个缓冲区小于另一个缓冲区需要满足以下的比较条件：

第一个元素小于另一个缓冲区中对应的元素。
所有的元素都是相等的，但是第一个缓冲区在第二个缓冲区之前耗尽了元素（它的元素更少）。

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

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