通道(Channel)
(本部分原文链接,作者:Jakob Jenkov,译者:airu,校对:丁一)
Java NIO的通道类似流,但又有些不同:
- 既可以从通道中读取数据,又可以写数据到通道。但流的读写通常是单向的。
- 通道可以异步地读写。
- 通道中的数据总是要先读到一个Buffer,或者总是要从一个Buffer中写入。
Channel的实现
这些是Java NIO中最重要的通道的实现:
- FileChannel:从文件中读写数据。
- DatagramChannel:能通过UDP读写网络中的数据。
- SocketChannel:能通过TCP读写网络中的数据。
- ServerSocketChannel:可以监听新进来的TCP连接,像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel。
下面是一个使用FileChannel读取数据到Buffer中的示例:
- RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");
- FileChannel inChannel = aFile.getChannel();
- ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
- int bytesRead = inChannel.read(buf);
- while (bytesRead != -1) {
- System.out.println("Read " + bytesRead);
- buf.flip();
- while(buf.hasRemaining()){
- System.out.print((char) buf.get());
- }
- buf.clear();
- bytesRead = inChannel.read(buf);
- }
- aFile.close();
注意 buf.flip() 的调用,首先读取数据到Buffer,然后反转Buffer,接着再从Buffer中读取数据。下一节会深入讲解Buffer的更多细节。
缓冲区(Buffer)
(本部分原文链接,作者:Jakob Jenkov,译者:airu,校对:丁一)
Java NIO中的Buffer用于和NIO通道进行交互。如你所知,数据是从通道读入缓冲区,从缓冲区写入到通道中的。
缓冲区本质上是一块可以写入数据,然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象,并提供了一组方法,用来方便的访问该块内存。
Buffer的基本用法
使用Buffer读写数据一般遵循以下四个步骤:
- 写入数据到Buffer
- 调用flip()方法
- 从Buffer中读取数据
- 调用clear()方法或者compact()方法
当向buffer写入数据时,buffer会记录下写了多少数据。一旦要读取数据,需要通过flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式。在读模式下,可以读取之前写入到buffer的所有数据。
一旦读完了所有的数据,就需要清空缓冲区,让它可以再次被写入。有两种方式能清空缓冲区:调用clear()或compact()方法。clear()方法会清空整个缓冲区。compact()方法只会清除已经读过的数据。任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处,新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面。
下面是一个使用Buffer的例子:
- 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();
Buffer的capacity,position和limit
缓冲区本质上是一块可以写入数据,然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象,并提供了一组方法,用来方便的访问该块内存。
为了理解Buffer的工作原理,需要熟悉它的三个属性:
- capacity
- position
- limit
position和limit的含义取决于Buffer处在读模式还是写模式。不管Buffer处在什么模式,capacity的含义总是一样的。
这里有一个关于capacity,position和limit在读写模式中的说明,详细的解释在插图后面。
capacity
作为一个内存块,Buffer有一个固定的大小值,也叫“capacity”.你只能往里写capacity个byte、long,char等类型。一旦Buffer满了,需要将其清空(通过读数据或者清除数据)才能继续写数据往里写数据。
position
当你写数据到Buffer中时,position表示当前的位置。初始的position值为0.当一个byte、long等数据写到Buffer后, position会向前移动到下一个可插入数据的Buffer单元。position最大可为capacity – 1。
当读取数据时,也是从某个特定位置读。当将Buffer从写模式切换到读模式,position会被重置为0。当从Buffer的position处读取数据时,position向前移动到下一个可读的位置。
limit
在写模式下,Buffer的limit表示你最多能往Buffer里写多少数据。 写模式下,limit等于Buffer的capacity。
当切换Buffer到读模式时, limit表示你最多能读到多少数据。因此,当切换Buffer到读模式时,limit会被设置成写模式下的position值。换句话说,你能读到之前写入的所有数据(limit被设置成已写数据的数量,这个值在写模式下就是position)
Buffer的类型
Java NIO 有以下Buffer类型:
- ByteBuffer
- MappedByteBuffer
- CharBuffer
- DoubleBuffer
- FloatBuffer
- IntBuffer
- LongBuffer
- ShortBuffer
如你所见,这些Buffer类型代表了不同的数据类型。换句话说,就是可以通过char,short,int,long,float 或 double类型来操作缓冲区中的字节。
MappedByteBuffer 有些特别,在涉及它的专门章节中再讲。
Buffer的分配
要想获得一个Buffer对象首先要进行分配。 每一个Buffer类都有一个allocate方法。下面是一个分配48字节capacity的ByteBuffer的例子。
- ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
这是分配一个可存储1024个字符的CharBuffer:
- CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);
向Buffer中写数据
写数据到Buffer有两种方式:
- 从Channel写到Buffer。
- 通过Buffer的put()方法写到Buffer里。
从Channel写到Buffer的例子
- int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.
通过put方法写Buffer的例子:
- buf.put(127);
put方法有很多版本,允许你以不同的方式把数据写入到Buffer中。例如, 写到一个指定的位置,或者把一个字节数组写入到Buffer。 更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。
flip()方法
flip方法将Buffer从写模式切换到读模式。调用flip()方法会将position设回0,并将limit设置成之前position的值。
换句话说,position现在用于标记读的位置,limit表示之前写进了多少个byte、char等 —— 现在能读取多少个byte、char等。
从Buffer中读取数据
从Buffer中读取数据有两种方式:
- 从Buffer读取数据到Channel。
- 使用get()方法从Buffer中读取数据。
从Buffer读取数据到Channel的例子:
- //read from buffer into channel.
- int bytesWritten = inChannel.write(buf);
使用get()方法从Buffer中读取数据的例子
- byte aByte = buf.get();
get方法有很多版本,允许你以不同的方式从Buffer中读取数据。例如,从指定position读取,或者从Buffer中读取数据到字节数组。更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。
rewind()方法
Buffer.rewind()将position设回0,所以你可以重读Buffer中的所有数据。limit保持不变,仍然表示能从Buffer中读取多少个元素(byte、char等)。
clear()与compact()方法
一旦读完Buffer中的数据,需要让Buffer准备好再次被写入。可以通过clear()或compact()方法来完成。
如果调用的是clear()方法,position将被设回0,limit被设置成 capacity的值。换句话说,Buffer 被清空了。Buffer中的数据并未清除,只是这些标记告诉我们可以从哪里开始往Buffer里写数据。
如果Buffer中有一些未读的数据,调用clear()方法,数据将“被遗忘”,意味着不再有任何标记会告诉你哪些数据被读过,哪些还没有。
如果Buffer中仍有未读的数据,且后续还需要这些数据,但是此时想要先先写些数据,那么使用compact()方法。
compact()方法将所有未读的数据拷贝到Buffer起始处。然后将position设到最后一个未读元素正后面。limit属性依然像clear()方法一样,设置成capacity。现在Buffer准备好写数据了,但是不会覆盖未读的数据。
mark()与reset()方法
通过调用Buffer.mark()方法,可以标记Buffer中的一个特定position。之后可以通过调用Buffer.reset()方法恢复到这个position。例如:
- buffer.mark();
- //call buffer.get() a couple of times, e.g. during parsing.
- buffer.reset(); //set position back to mark.
equals()与compareTo()方法
可以使用equals()和compareTo()方法两个Buffer。
equals()
当满足下列条件时,表示两个Buffer相等:
- 有相同的类型(byte、char、int等)。
- Buffer中剩余的byte、char等的个数相等。
- Buffer中所有剩余的byte、char等都相同。
如你所见,equals只是比较Buffer的一部分,不是每一个在它里面的元素都比较。实际上,它只比较Buffer中的剩余元素。
compareTo()方法
compareTo()方法比较两个Buffer的剩余元素(byte、char等), 如果满足下列条件,则认为一个Buffer“小于”另一个Buffer:
- 第一个不相等的元素小于另一个Buffer中对应的元素。
- 所有元素都相等,但第一个Buffer比另一个先耗尽(第一个Buffer的元素个数比另一个少)。
(译注:剩余元素是从 position到limit之间的元素)
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