Java NIO之3:缓冲区Buffer分析

阿里 阅读:199 2020-02-17 15:22:18 评论:0

     在上一篇中,我们介绍了NIO中的两个核心对象:缓冲区和通道,在谈到缓冲区时,我们说缓冲区对象本质上是一个数组,但它其实是一个特殊的数组,缓冲区对象内置了一些机制,能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况,如果我们使用get()方法从缓冲区获取数据或者使用put()方法把数据写入缓冲区,都会引起缓冲区状态的变化。

在缓冲区中,最重要的属性有下面三个,它们一起合作完成对缓冲区内部状态的变化跟踪:

position:指定了下一个将要被写入或者读取的元素索引,它的值由get()/put()方法自动更新,在新创建一个Buffer对象时,position被初始化为0。

limit:指定还有多少数据需要取出(在从缓冲区写入通道时),或者还有多少空间可以放入数据(在从通道读入缓冲区时)。

capacity:指定了可以存储在缓冲区中的最大数据容量,实际上,它指定了底层数组的大小,或者至少是指定了准许我们使用的底层数组的容量。

     以上四个属性值之间有一些相对大小的关系:0 <= position <= limit <= capacity。如果我们创建一个新的容量大小为10的ByteBuffer对象,在初始化的时候,position设置为0,limit和 capacity被设置为10,在以后使用ByteBuffer对象过程中,capacity的值不会再发生变化,而其它两个个将会随着使用而变化。四个属性值分别如图所示:

     现在我们可以从通道中读取一些数据到缓冲区中,注意从通道读取数据,相当于往缓冲区中写入数据。如果读取4个自己的数据,则此时position的值为4,即下一个将要被写入的字节索引为4,而limit仍然是10,如下图所示: 

下一步把读取的数据写入到输出通道中,相当于从缓冲区中读取数据,在此之前,必须调用flip()方法,该方法将会完成两件事情:

1. 把limit设置为当前的position值
2. 把position设置为0

由于position被设置为0,所以可以保证在下一步输出时读取到的是缓冲区中的第一个字节,而limit被设置为当前的position,可以保证读取的数据正好是之前写入到缓冲区中的数据,如下图所示:

现在调用get()方法从缓冲区中读取数据写入到输出通道,这会导致position的增加而limit保持不变,但position不会超过limit的值,所以在读取我们之前写入到缓冲区中的4个自己之后,position和limit的值都为4,如下图所示:

在从缓冲区中读取数据完毕后,limit的值仍然保持在我们调用flip()方法时的值,调用clear()方法能够把所有的状态变化设置为初始化时的值,如下图所示:

下面用一段代码来验证这个过程,如下所示: 

package com.demo.nio; 
 
import java.io.FileInputStream; 
import java.nio.Buffer; 
import java.nio.ByteBuffer; 
import java.nio.channels.FileChannel; 
 
public class TestBuffer { 
     
    public static void main(String[] args) throws Exception{ 
         
        FileInputStream fin = new FileInputStream("c:\\test.txt"); 
        FileChannel fc = fin.getChannel(); 
         
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10); 
        output("初始化",buffer); 
         
        fc.read(buffer); 
        output("调用read()", buffer); 
 
        buffer.flip(); 
        output("调用flip()", buffer); 
 
        while (buffer.remaining() > 0) { 
            byte b = buffer.get(); 
            // System.out.print(((char)b)); 
        } 
        output("调用get()", buffer); 
 
        buffer.clear(); 
        output("调用clear()", buffer); 
 
        fin.close(); 
 
    } 
     
    public static void output(String step, Buffer buffer) { 
        System.out.println(step + " : "); 
        System.out.print("capacity: " + buffer.capacity() + ", "); 
        System.out.print("position: " + buffer.position() + ", "); 
        System.out.println("limit: " + buffer.limit()); 
        System.out.println(); 
    } 
 
}

完成的输出结果为:

缓冲区的分配

      在前面的几个例子中,我们已经看过了,在创建一个缓冲区对象时,会调用静态方法allocate()来指定缓冲区的容量,其实调用 allocate()相当于创建了一个指定大小的数组,并把它包装为缓冲区对象。或者我们也可以直接将一个现有的数组,包装为缓冲区对象,如下示例代码所示:

public class BufferWrap { 
 
    public void myMethod() 
    { 
        // 分配指定大小的缓冲区 
        ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.allocate(10); 
         
        // 包装一个现有的数组 
        byte array[] = new byte[10]; 
        ByteBuffer buffer2 = ByteBuffer.wrap( array ); 
    } 
}

缓冲区分片:

     在NIO中,除了可以分配或者包装一个缓冲区对象外,还可以根据现有的缓冲区对象来创建一个子缓冲区,即在现有缓冲区上切出一片来作为一个新的缓冲区,但现有的缓冲区与创建的子缓冲区在底层数组层面上是数据共享的,也就是说,子缓冲区相当于是现有缓冲区的一个视图窗口。调用slice()方法可以创建一个子缓冲区,让我们通过例子来看一下:

@Test 
public void testSliceBuffer(){ 
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10); 
     
    // 缓冲区中的数据0-9 
    for (int i=0; i<buffer.capacity(); i++) { 
        buffer.put( (byte)i ); 
    } 
     
    // 创建子缓冲区 
    buffer.position(3); 
    buffer.limit(7); 
    ByteBuffer slice = buffer.slice(); 
     
    // 改变子缓冲区的内容 
    for (int i=0; i<slice.capacity(); i++) { 
        byte b = slice.get( i ); 
        b *= 10; 
        slice.put( i, b ); 
    } 
     
    buffer.position( 0 ); 
    buffer.limit( buffer.capacity() ); 
     
    while (buffer.remaining()>0) { 
        System.out.println( buffer.get() ); 
    } 
    System.out.print("\n"); 
}

在该示例中,分配了一个容量大小为10的缓冲区,并在其中放入了数据0-9,而在该缓冲区基础之上又创建了一个子缓冲区,并改变子缓冲区中的内容,从最后输出的结果来看,只有子缓冲区“可见的”那部分数据发生了变化,并且说明子缓冲区与原缓冲区是数据共享的,输出结果如下所示:

只读缓冲区

      只读缓冲区非常简单,可以读取它们,但是不能向它们写入数据。可以通过调用缓冲区的asReadOnlyBuffer()方法,将任何常规缓冲区转 换为只读缓冲区,这个方法返回一个与原缓冲区完全相同的缓冲区,并与原缓冲区共享数据,只不过它是只读的。如果原缓冲区的内容发生了变化,只读缓冲区的内容也随之发生变化

@Test 
public void testReadOnlyBuffer(){ 
     
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 10 ); 
     
    // 缓冲区中的数据0-9 
    for (int i=0; i<buffer.capacity(); ++i) { 
        buffer.put( (byte)i ); 
    } 
 
    // 创建只读缓冲区 
    ByteBuffer readonly = buffer.asReadOnlyBuffer(); 
     
    // 改变原缓冲区的内容 
    for (int i=0; i<buffer.capacity(); ++i) { 
        byte b = buffer.get( i ); 
        b *= 10; 
        buffer.put( i, b ); 
    } 
     
    readonly.position(0); 
    readonly.limit(buffer.capacity()); 
     
    // 只读缓冲区的内容也随之改变 
    while (readonly.remaining()>0) { 
        System.out.println( readonly.get()); 
    } 
 
}

运行结果如下所示:

如果尝试修改只读缓冲区的内容,则会报ReadOnlyBufferException异常。只读缓冲区对于保护数据很有用。在将缓冲区传递给某个对象的方法时,无法知道这个方法是否会修改缓冲区中的数据。创建一个只读的缓冲区可以保证该缓冲区不会被修改。只可以把常规缓冲区转换为只读缓冲区,而不能将只读的缓冲区转换为可写的缓冲区。

标签:java
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