Java NIO Buffer缓冲区

缓冲区简介

操作系统有用户空间与系统空间的概念，JVM对应的JAVA进程是位于用户空间的，处于该空间的进程不能直接访问硬件设备，当JAVA进程要进行I/O操作时，只能通过系统调用将控制权交给内核，内核准备好进程所需要的数据，将这些数据拷贝到用户空间缓冲区（如下图所示）。

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。

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方法

flip():将Buffer读模式切换到写模式，并且将position制为0,并将limit设置成之前position的值.

clear():清空整个缓冲区,position将被设回0，limit被设置成 capacity的值.Buffer中的数据并未清除.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。

compact():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, 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。

allocate(1024):初始化Buffer，设定的值就决定capacity值的大小

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）

mark()与reset():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

 

equals():当满足下面三个条件时，两个Buffer才是相等

• 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

只比较的是剩余的数据

compareTo():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)

注意点：

1. ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1);在从通道往buffer中读入之后，使用byteBuffer.get()获取的时候，不可重复调用，因为get()方法会移动position，使得多次调用get()方法获取的内容是不同的

2. 在ByteBuffer中，put(int index, byte b)方法不会移动position，但是put(byte b)会移动position

3. ByteBuffer.allocate(int capacity)和ByteBuffer.allocateDirect(int capacity)的区别：使用allocate来创建缓冲区，并不是一下子就分配给缓冲区capacity大小的空间，而是根据缓冲区中存储数据的情况来动态分配缓冲区的大小（实际上，在底层Java采用了数据结构中的堆来管理缓冲区的大小），因此，这个capacity可以是一个很大的值，如1024*1024（1M）。使用allocateDirect(由操作系统分配，脱离了JVM)方法可以一次性分配capacity大小的连续字节空间。通过allocateDirect方法来创建具有连续空间的ByteBuffer对象虽然可以在一定程度上提高效率，但这种方式并不是平台独立的。也就是说，在一些操作系统平台上使用allocateDirect方法来创建ByteBuffer对象会使效率大幅度提高，而在另一些操作系统平台上，性能会表现得非常差。而且allocateDirect方法需要较长的时间来分配内存空间，在释放空间时也较慢。因此，在使用allocateDirect方法时应谨慎

参考链接：

http://www.jianshu.com/p/052035037297