Java的java.nio.Buffer缓冲区基础

缓冲区基础

抽象类Buffer是java.nio包支持缓冲区的基础。 Buffer 的工作方式就象内存中用于读写基本数据类型的 RandomAccessFile 。象 RandomAccessFile 一样，使用 Buffer ，所执行的下一个操作（读／写）在当前某个位置发生。执行读／写操作中的任一个都会改变那个位置，所以在写操作之后进行读操作不会读到刚才所写的内容，而会读到刚才所写内容之后的数据。 Buffer 提供了四个指示方法，用于访问线性结构（从最高值到最低值）：

capacity() ：表明缓冲区的容量大小, 一旦确定了大小, 将不能再改变;
limit() ：告诉您到目前为止已经往缓冲区填了多少字节，或者让您用 :limit(int newLimit) 来改变这个限制
position() ：告诉您当前的位置，以执行下一个读／写操作
mark() ：为了稍后用 reset() 进行重新设置而记住某个位置
flip() ：交换限制指针和位置指针，然后将位置置为 0，并废弃已经做的mark标记

缓冲区的基本操作是读 get() 和写 put() ；然而，这些方法在子类中都是针对每种数据类型的特定方法。为了说明这一情况，让我们研究一个简单示例，该示例演示了从同一个缓冲区读和写一个字符。在清单 1 中， flip() 方法交换限制和位置，然后将位置置为 0，并废弃标记，让您读刚才所写的数据：

清单 1. 读／写示例
import java.nio.*;
...
CharBuffer buff = ...;
buff.put('A');
buff.flip();
char c = buff.get();
System.out.println("An A: " + c);
 

现在让我们研究一些具体的 Buffer 子类。

 

缓冲区类型

Merlin 具有 7 种特定的 Buffer 类型，每种类型对应着一个基本数据类型（不包括 boolean）：

ByteBuffer       //存放任何除boolean类型外的其他基本类型
CharBuffer       //存放char
DoubleBuffer     //存放double
FloatBuffer      //存放float
IntBuffer        //存放int
LongBuffer       //存放long
ShortBuffer      //存放short

在本文后面，我将讨论第 8 种类型 MappedByteBuffer ，它用于内存映射文件。如果您必须使用的类型不是这些基本类型，则可以先从 ByteBuffer 获得字节类型，然后将其转换成 Object 或其它任何类型。


创建缓冲区
一共有两种类型的缓冲区，直接缓冲区和非直接缓冲区。

在创建缓冲区时，可以要求创建直接缓冲区，创建直接缓冲区的成本要比创建间接缓冲区高，但这可以使运行时环境直接在该缓冲区上进行较快的本机 I/O 操作。因为创建直接缓冲区所增加的成本，所以直接缓冲区只用于长生存期的缓冲区，而不用于短生存期、一次性且用完就丢弃的缓冲区。而且，只能在 ByteBuffer 这个级别上创建直接缓冲区，如果希望使用其它类型，则必须将 Buffer 转换成更具体的类型。

判断一个缓冲区是否是直接缓冲区，可以调用isDirect()方法。

有三种方式来获取一个缓冲区的对象：
a. 调用allocate()或者allocateDirect()方法直接分配，其中allocateDirect()返回的是直接缓冲区。
b. 包装一个数组，如：
      byte[] b = new byte[1024];
      ByteBuffer bb = ByteBuffer.wrap(b);
c. 内存映射，即调用FileChannel的map()方法。

缓冲区基本属性
这几个属性是每个缓冲区都有的并且是常用的操作。
a. 容量(capacity),缓冲区大小
b. 限制(limit),第一个不应被读取或写入的字节的索引，总是小于容量。
c. 位置(position)，下一个被读取或写入的字节的索引，总是小于限制。
d. clear()方法：设置limit为capacity，position为0。
e. filp()方法：设置limit为当前position，然后设置position为0。
f. rewind()方法：保持limit不变，设置position为0。

缓冲区数据操作
操作包括了读取和写入数据两种。
读取数据使用get()及其系列方法，除boolean外，每一种类型包括了对应的get()方法，如getInt(),getChar()等，get()方法用来读取字节，支持相对和绝对索引两种方式。
写入数据使用put()及其系列方法，和get()方法是对应的。

package nio;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class BufferDemo ...{

    
    public static void main(String[] args) throws Exception...{
        //分配一个非直接缓冲区
        ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(100);
        //向缓冲区写入0到100的字节制
        for(int i = 0; i <100; i++)...{
            byte b = (byte) (Math.random() * 100);
            bb.put(b);
        }
        
        System.out.println("写入文件前的缓冲区数据");
        bb.flip();
        while(bb.hasRemaining())
            System.out.print(bb.get() + " ");
        System.out.println();
        
        //获取一个关联到文件buffer.txt的信道
        FileChannel fc = new FileOutputStream("buffer.txt").getChannel();
        //将缓冲区数据写到文件中
        bb.flip();
        fc.write(bb);
        //防止缓存
        fc.force(true);
        //关闭信道
        fc.close();
        bb = null;
        fc = null;
        
        //下面从文件中读取数据
        fc = new FileInputStream("buffer.txt").getChannel();
        ByteBuffer bb2 = ByteBuffer.allocate((int) fc.size());
        fc.read(bb2);
        System.out.println("从文件读取的缓冲区数据");
        bb2.flip();
        while(bb2.hasRemaining())
            System.out.print(bb2.get() + " ");
        System.out.println();
        fc.close();
        bb2 = null;
        fc = null;
        

    }

}

内存映射文件

第 8 种 Buffer 类型 MappedByteBuffer 只是一种特殊的 ByteBuffer 。 MappedByteBuffer 将文件所在区域直接映射到内存。通常，该区域包含整个文件，但也可以只映射部分文件。所以，必须指定要映射文件的哪部分。而且，与其它 Buffer 对象一样，这里没有构造函数；必须让 java.nio.channels.FileChannel 的 map() 方法来获取 MappedByteBuffer 。此外，无需过多涉及通道就可以用 getChannel() 方法从 FileInputStream 或 FileOutputStream 获取 FileChannel 。通过从命令行传入文件名来读取文本文件的内容，清单 4 显示了 MappedByteBuffer ：

清单 4. 读取内存映射文本文件
import java.io.*;
import java.nio.*;
import java.nio.channels.*;
import java.nio.charset.*;
public class ReadFileBuff {
  public static void main(String args[]) throws IOException {
     if (args.length != 0) {
      String filename = args[0];
      FileInputStream fis = new FileInputStream(filename);
      FileChannel channel = fis.getChannel();
      int length = (int)channel.size();
      MappedByteBuffer byteBuffer =
        channel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, length);
      Charset charset = Charset.forName("ISO-8859-1");
      CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();
      CharBuffer charBuffer = decoder.decode(byteBuffer);
      for (int i=0, n=charBuffer.length(); i<n; i++) {
        System.out.print(charBuffer.get());
      }
    }
  }
}