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JAVA之Buffer的用法

怪我咯
發布: 2017-06-25 10:14:49
原創
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注意:轉載自並發程式設計網,java nio系列教學

1、Buffer

Java NIO中的Buffer用於和NIO通道進行互動。如你所知,資料是從通道讀入緩衝區,從緩衝區寫入到通道中的。

緩衝區本質上是一塊可以寫入數據,然後可以從中讀取資料的記憶體。這塊記憶體被包裝成NIO Buffer對象,並提供了一組方法,用來方便的存取該區塊記憶體。

一、Buffer的基本用法

使用Buffer讀寫資料一般會遵循以下四個步驟:

  1. 寫入資料到Buffer

  2. 呼叫flip()方法

  3. #從Buffer讀取資料:如直接讀取或讀取到Channel

  4. 呼叫clear()方法或compact()方法

當向buffer寫入數據時,buffer會記錄下寫了多少數據。一旦要讀取數據,需要透過flip()方法將Buffer從寫入模式切換到讀取模式。在讀取模式下,可以讀取之前寫入到buffer的所有資料。

一旦讀完了所有的數據,就需要清空緩衝區,讓它可以再次寫入。有兩種方式能清空緩衝區:呼叫clear()或compact()方法。 clear()方法會清空整個緩衝區。 compact()方法只會清除已經讀過的資料。任何未讀的資料都會移到緩衝區的起始處,新寫入的資料會放到緩衝區未讀資料的後面。

 

二、Buffer的capacity,position和limit

緩衝區本質上是一塊可以寫入數據,然後可以從中讀取資料的記憶體。這塊記憶體被包裝成NIO Buffer對象,並提供了一組方法,用來方便的存取該區塊記憶體。

為了理解Buffer的工作原理,需要熟悉它的三個屬性:

  • #capacity

  • position

  • limit

position和limit的意思取決於Buffer處在讀取模式還是寫入模式。不管Buffer處在什麼模式,capacity的意思總是一樣的。

這裡有一個關於capacity,position和limit在讀寫模式中的說明,詳細的解釋在插圖後面。

capacity:容量

作為記憶體區塊,Buffer有一個固定的大小值,也叫「capacity」.你只能往裡面寫capacity個byte、long,char等類型。一旦Buffer滿了,需要將其清空(透過讀取資料或清除資料)才能繼續寫入資料往裡面寫資料。

position:目前位置

當你寫資料到Buffer中時,position表示目前的位置。初始的position值為0.當一個byte、long等資料寫到Buffer後, position會向前移動到下一個可插入資料的Buffer單元。 position最大可為capacity – 1.

當讀取資料時,也是從某個特定位置讀取。當將Buffer從寫模式切換到讀取模式,position會被重置為0. 當從Buffer的position處讀取資料時,position向前移動到下一個可讀的位置。

limit:最大可寫/可讀位置

在寫入模式下,Buffer的limit表示你最多能往Buffer裡寫多少資料。 寫入模式下,limit等於Buffer的capacity。

當切換Buffer到讀取模式時, limit表示你最多能讀到多少資料。因此,當切換Buffer到讀取模式時,limit會被設定成寫模式下的position值。換句話說,你能讀到之前寫入的所有資料(limit被設定成已寫資料的數量,這個值在寫模式下就是position)

三、Buffer的型別

Java NIO 有以下Buffer類型

  • ByteBuffer

  • MappedByteBuffer

  • CharBuffer

  • #DoubleBuffer

  • FloatBuffer

  • #IntBuffer

  • LongBuffer

  • ShortBuffer

如你所見,這些Buffer類型代表了不同的資料型別。換句話說,就是可以透過char,short,int,long,float 或 double型別來操作緩衝區中的位元組。

MappedByteBuffer 有些特別,在涉及它的專門章節中再講。

四、Buffer的分配

要想取得一個Buffer物件首先要分配。 每一個Buffer類別都有一個allocate方法。下面是一個分配50位元組capacity的ByteBuffer的範例。

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(50);
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#五、寫入資料

 
  • #寫資料到Buffer有兩種方式:
  • 從Channel寫到Buffer。

透過Buffer的put()方法寫到Buffer裡。

###初始化Buffer的時候放入byte數組寫入Buffer#############
public void test1() throws FileNotFoundException {//初始化容量ByteBuffer buf1 = ByteBuffer.allocate(48);//通过数组初始化,并将数组中的值放入缓冲区byte[] bytes = "123".getBytes();
        ByteBuffer buf2 = ByteBuffer.wrap(bytes);//将通道中的读到缓冲区int bytesRead = channel.read(bf);//通过put方法写入缓冲区,put有很多重载        buf1.put(bytes);
    }
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###### ###### ## #

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。 

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。

六、从Buffer中读取数据

从Buffer中读取数据有两种方式:

  1. 从Buffer读取数据到Channel。

  2. 使用get()方法从Buffer中读取数据。

        //将缓冲区的数据写入通道        channel.write(buf1);//通过get方法获取缓冲区中数据 get有很多重载buf1.get();
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get方法有許多版本,讓你以不同的方式從Buffer中讀取資料。例如,從指定position讀取,或從Buffer中讀取資料到位元組數組。

七、rewind()方法:重設position

Buffer.rewind()將position設為0,所以你可以重讀Buffer中的所有資料。 limit保持不變,仍然表示能從Buffer中讀取多少個元素(byte、char等)。

八、clear()與compact()方法

一旦讀完Buffer中的數據,就需要讓Buffer準備好再寫入。可以透過clear()或compact()方法來完成。

如果呼叫的是clear()方法,position將被設回0,limit被設定為 capacity的值。換句話說,Buffer 被清空了。 Buffer中的資料並未清除,只是這些標記告訴我們可以從哪裡開始往Buffer裡寫資料。

如果Buffer中有一些未讀的數據,呼叫clear()方法,數據將“被遺忘”,意味著不再有任何標記會告訴你哪些數據被讀過,哪些還沒有。

如果Buffer中仍有未讀的數據,且後續還需要這些數據,但此時想要先寫些數據,那麼就使用compact()方法。

compact()方法將所有未讀的資料拷貝到Buffer起始處。然後將position設到最後一個未讀元素正後面。 limit屬性依然像clear()方法一樣,設定成capacity。現在Buffer準備好寫資料了,但是不會覆蓋未讀的資料。

九、mark()與reset()方法:標記位置和回傳位置

透過呼叫Buffer.mark()方法,可以標記Buffer中的一個特定position。之後可以透過呼叫Buffer.reset()方法恢復到這個position。例如:

十、equals()與compareTo()方法

可以使用equals()和compareTo()方法比較兩個Buffer。

equals()

當滿足下列條件時,表示兩個Buffer相等:

  1. 有相同的型別(byte、char、int等)。

  2. Buffer中剩餘的byte、char等的個數相等。

  3. Buffer中所有剩餘的byte、char等都相同。

如你所見,equals只是比較Buffer的一部分,不是每個在它裡面的元素都比較。實際上,它只比較Buffer中的剩餘元素。

compareTo()方法

compareTo()方法比較兩個Buffer的剩餘元素(byte、char等), 如果滿足下列條件,則認為一個Buffer「小於」另一個Buffer:

  1. 第一個不相等的元素小於另一個Buffer中對應的元素。

  2. 所有元素都相等,但第一個Buffer比另一個先耗盡(第一個Buffer的元素個數比另一個少)。

(譯:剩餘元素是從position到limit之間的元素)

2、Buffer之Scatter/Gather

  所謂的Scatter和Gather就是通道對應多個快取:將一個通道讀出到多個快取;將多個快取寫入到一個通道

  Java NIO開始支援scatter/gather,scatter/gather用於描述從Channel(譯者註:Channel在中文經常翻譯為通道)中讀取或寫入到Channel的操作。

  分散(scatter)從Channel中讀取是指在讀取操作時將讀取的資料寫入多個buffer。因此,Channel將從Channel中讀取的資料「分散(scatter)」到多個Buffer中

  聚集(gather)寫入Channel是指在寫入操作時將多個buffer的資料寫入同一個Channel,因此,Channel 將多個Buffer中的資料「聚集(gather)」後發送到Channel。

  scatter / gather經常用於需要將傳輸的資料分開處理的場合,例如傳輸一個由訊息頭和訊息體組成的訊息,你可能會將訊息體和訊息頭分散到不同的buffer中,這樣你可以方便的處理訊息頭和訊息體。

Scattering Reads
Scattering Reads是指資料從一個channel讀取到多個buffer中。如下圖說明:

Java NIO: Scattering Read

Java NIO: Scattering Read

#

注意buffer首先被插入到数组,然后再将数组作为channel.read() 的输入参数。read()方法按照buffer在数组中的顺序将从channel中读取的数据写入到buffer,当一个buffer被写满后,channel紧接着向另一个buffer中写。

Scattering Reads在移动下一个buffer前,必须填满当前的buffer,这也意味着它不适用于动态消息(译者注:消息大小不固定)。换句话说,如果存在消息头和消息体,消息头必须完成填充(例如 128byte),Scattering Reads才能正常工作。

Gathering Writes

Gathering Writes是指数据从多个buffer写入到同一个channel。如下图描述:

Java NIO: Gathering Write

Java NIO: Gathering Write

 

buffers数组是write()方法的入参,write()方法会按照buffer在数组中的顺序,将数据写入到channel,注意只有position和limit之间的数据才会被写入。因此,如果一个buffer的容量为128byte,但是仅仅包含58byte的数据,那么这58byte的数据将被写入到channel中。因此与Scattering Reads相反,Gathering Writes能较好的处理动态消息

    ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
    ByteBuffer body   = ByteBuffer.allocate(1024);
    ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };
    channel.read(bufferArray);  //传入Buffer数组即可//方便展示、直接写,写之前要反转bufferchannel.write(bufferArray);
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