關(guān)于JAVA中NIO緩沖區(qū)簡介

這篇文章主要介紹關(guān)于JAVA中NIO緩沖區(qū)簡介，文中示例代碼介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

當(dāng)我們需要與 NIO Channel 進(jìn)行交互時(shí), 我們就需要使用到 NIO Buffer, 即數(shù)據(jù)從 Buffer讀取到 Channel 中, 并且從 Channel 中寫入到 Buffer 中。緩沖區(qū)本質(zhì)上是一塊可以寫入數(shù)據(jù)，然后可以從中讀取數(shù)據(jù)的內(nèi)存。這塊內(nèi)存被包裝成NIO Buffer對(duì)象，并提供了一組方法，用來方便的訪問該塊內(nèi)存。

緩沖區(qū)基礎(chǔ)

Buffer 類型有:

緩沖區(qū)是包在一個(gè)對(duì)象內(nèi)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)組，Buffer類相比一般簡單數(shù)組而言其優(yōu)點(diǎn)是將數(shù)據(jù)的內(nèi)容和相關(guān)信息放在一個(gè)對(duì)象里面，這個(gè)對(duì)象提供了處理緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的豐富的API。

所有緩沖區(qū)都有4個(gè)屬性：capacity、limit、position、mark，并遵循：capacity>=limit>=position>=mark>=0，下面是對(duì)這4個(gè)屬性的解釋：

• Capacity:     容量，即可以容納的最大數(shù)據(jù)量；在緩沖區(qū)創(chuàng)建時(shí)被設(shè)定并且不能改變
• Limit:           上界，緩沖區(qū)中當(dāng)前數(shù)據(jù)量
• Position:      位置，下一個(gè)要被讀或?qū)懙脑氐乃饕?/li>
• Mark:           標(biāo)記，調(diào)用mark()來設(shè)置mark=position，再調(diào)用reset()可以讓position恢復(fù)到標(biāo)記的位置即position=mark
   

我們通過一個(gè)簡單的操作流程來說明buffer的使用，下圖是新創(chuàng)建的容量為10的緩沖區(qū)邏輯視圖：

然后進(jìn)行5次調(diào)用put：

buffer.put((byte)'A').put((byte)'B').put((byte)'C').put((byte)'D').put((byte)'E')

5次調(diào)用put之后的緩沖區(qū)為：

現(xiàn)在緩沖區(qū)滿了，我們必須將其清空。我們想把這個(gè)緩沖區(qū)傳遞給一個(gè)通道，以使內(nèi)容能被全部寫出，但現(xiàn)在執(zhí)行g(shù)et()無疑會(huì)取出未定義的數(shù)據(jù)。我們必須將 posistion設(shè)為0，然后通道就會(huì)從正確的位置開始讀了，但讀到哪算讀完了呢？這正是limit引入的原因，它指明緩沖區(qū)有效內(nèi)容的未端。這個(gè)操作 在緩沖區(qū)中叫做翻轉(zhuǎn)：buffer.flip()。

Buffer的基本用法

使用Buffer讀寫數(shù)據(jù)一般遵循以下四個(gè)步驟：

1. 寫入數(shù)據(jù)到Buffer
2. 調(diào)用flip()方法
3. 從Buffer中讀取數(shù)據(jù)
4. 調(diào)用clear()方法或者compact()方法
    

當(dāng)向buffer寫入數(shù)據(jù)時(shí)，buffer會(huì)記錄下寫了多少數(shù)據(jù)。

一旦要讀取數(shù)據(jù)，需要通過flip()方法將Buffer從寫模式切換到讀模式。在讀模式下，可以讀取之前寫入到buffer的所有數(shù)據(jù)。

一旦讀完了所有的數(shù)據(jù)，就需要清空緩沖區(qū)，讓它可以再次被寫入。有兩種方式能清空緩沖區(qū)：調(diào)用clear()或compact()方法。clear()方法會(huì)清空整個(gè)緩沖區(qū)。compact()方法只會(huì)清除已經(jīng)讀過的數(shù)據(jù)。任何未讀的數(shù)據(jù)都被移到緩沖區(qū)的起始處，新寫入的數(shù)據(jù)將放到緩沖區(qū)未讀數(shù)據(jù)的后面。

下面我們看一段程序來看一下Buffer的基本用法：

public static void readFile(String fileName) {
   RandomAccessFile aFile = null;
   try {
    //文件流
    aFile = new RandomAccessFile(fileName, "rw");
    //將文件輸入到管道
     FileChannel inChannel = aFile.getChannel();
    //為buffer分配1024個(gè)字節(jié)大小的空間
     ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
    //將buffer中的內(nèi)容讀取到管道中
     int bytesRead = inChannel.read(buf);
     while (bytesRead != -1) {
       //反轉(zhuǎn)buffer，將寫模式改為讀模式
       buf.flip();
       while (buf.hasRemaining()) {
        //獲取buffer中的數(shù)據(jù)
        System.out.print((char) buf.get());
       }
      //將上次分配的1024字節(jié)的內(nèi)容清空，為下次接收做準(zhǔn)備
       buf.clear();
      //管道重新讀取buffer中的內(nèi)容
       bytesRead = inChannel.read(buf);
     }
     aFile.close();
   } catch (Exception e) {
     e.printStackTrace();
   }
 }

字節(jié)緩沖區(qū)

我們將進(jìn)一步觀察字節(jié)緩沖區(qū)。所有的基本數(shù)據(jù)類型都有相應(yīng)的緩沖區(qū)類（布爾型除外），但字節(jié)緩沖區(qū)有自己的獨(dú)特之處。字節(jié)是操作系統(tǒng)及其I/O設(shè)備使用的基本數(shù)據(jù)類型。當(dāng)在JVM和操作系統(tǒng)間傳遞數(shù)據(jù)時(shí)，將其他的數(shù)據(jù)類型拆分成構(gòu)成它們的字節(jié)是十分必要的。如我們?cè)诤竺娴恼鹿?jié)中將要看到的那樣，系統(tǒng)層次的I/O面向字節(jié)的性質(zhì)可以在整個(gè)緩沖區(qū)的設(shè)計(jì)以及它們互相配合的服務(wù)中感受到。

直接緩沖區(qū)

我們知道操作系統(tǒng)是在內(nèi)存中進(jìn)行I/O操作，這些內(nèi)存區(qū)域，就操作系統(tǒng)方面而言，是相連的字節(jié)序列。于是，毫無疑問，只有字節(jié)緩沖區(qū)有資格參與I/O操作。即操作系統(tǒng)會(huì)直接存取進(jìn)程，那么我們現(xiàn)在在JVM中進(jìn)行操作，java中的內(nèi)存空間是由JVM直接進(jìn)行管理，但是在JVM中，字節(jié)數(shù)組可能不會(huì)在內(nèi)存中連續(xù)存儲(chǔ)，或者無用存儲(chǔ)單元收集可能隨時(shí)對(duì)其進(jìn)行移動(dòng)，這就不能保證I/O操作的目標(biāo)是連續(xù)的。

出于這一原因，引入了直接緩沖區(qū)的概念。直接緩沖區(qū)被用于與通道和固有I/O例程交互。它們通過使用固有代碼來告知操作系統(tǒng)直接釋放或填充內(nèi)存區(qū)域，對(duì)用于通道直接或原始存取的內(nèi)存區(qū)域中的字節(jié)元素的存儲(chǔ)盡了最大的努力。

直接字節(jié)緩沖區(qū)通常是I/O操作最好的選擇。在設(shè)計(jì)方面，它們支持JVM可用的最高效I/O機(jī)制。非直接字節(jié)緩沖區(qū)可以被傳遞給通道，但是這樣可能導(dǎo)致性能損耗。通常非直接緩沖不可能成為一個(gè)本地I/O操作的目標(biāo)。如果您向一個(gè)通道中傳遞一個(gè)非直接ByteBuffer對(duì)象用于寫入，通道可能會(huì)在每次調(diào)用中隱含地進(jìn)行下面的操作：

1. 創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)的直接ByteBuffer對(duì)象。
2. 將非直接緩沖區(qū)的內(nèi)容復(fù)制到臨時(shí)緩沖中。
3. 使用臨時(shí)緩沖區(qū)執(zhí)行低層次I/O操作。
4. 臨時(shí)緩沖區(qū)對(duì)象離開作用域，并最終成為被回收的無用數(shù)據(jù)。
    

視圖緩沖區(qū)

就像我們已經(jīng)討論的那樣，I/O基本上可以歸結(jié)成組字節(jié)數(shù)據(jù)的四處傳遞。在進(jìn)行大數(shù)據(jù)量的I/O操作時(shí)，很又可能你會(huì)使用各種ByteBuffer類去讀取文件內(nèi)容，接收來自網(wǎng)絡(luò)連接的數(shù)據(jù)，等等。一旦數(shù)據(jù)到達(dá)了你的ByteBuffer，您就需要查看它以決定怎么做或者在將它發(fā)送出去之前對(duì)它進(jìn)行一些操作。ByteBuffer類提供了豐富的API來創(chuàng)建視圖緩沖區(qū)。

視圖緩沖區(qū)通過已存在的緩沖區(qū)對(duì)象實(shí)例的工廠方法來創(chuàng)建。這種視圖對(duì)象維護(hù)它自己的屬性，容量，位置，上界和標(biāo)記，但是和原來的緩沖區(qū)共享數(shù)據(jù)元素。但是ByteBuffer類允許創(chuàng)建視圖來將byte型緩沖區(qū)字節(jié)數(shù)據(jù)映射為其它的原始數(shù)據(jù)類型。例如，asLongBuffer()函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)將八個(gè)字節(jié)型數(shù)據(jù)當(dāng)成一個(gè)long型數(shù)據(jù)來存取的視圖緩沖區(qū)。

但是使用視圖緩沖區(qū)的話，一旦ByteBuffer對(duì)于視圖的維護(hù)對(duì)象產(chǎn)生非常規(guī)行的使用，那么對(duì)于工廠方法創(chuàng)建的緩沖區(qū)而言，asLongBuffer()函數(shù)就不在使用這個(gè)視窗，那么這個(gè)8字節(jié)的數(shù)據(jù)當(dāng)成一個(gè)long類型的數(shù)據(jù)類型來存取的數(shù)據(jù)視圖。

以上是關(guān)于JAVA中NIO緩沖區(qū)簡介的所有內(nèi)容，感謝各位的閱讀！希望分享的內(nèi)容對(duì)大家有幫助，更多相關(guān)知識(shí)，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道！