NIO中Buffer的各种方法详解及其作用
发布日期:2022-02-01 14:28:21 浏览次数:36 分类:技术文章

本文共 6089 字,大约阅读时间需要 20 分钟。

1.:NIO简介

java.nio全称Java non-blocking IO或Java New IO,是从jdk1.4 开始引入的一套新的IO api(New IO) ,为所有的原始类型(boolean类型除外)提供缓存支持的数据容器,使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络。

​ IO操作的模式:

​ PIO(Programing IO): 所有的IO操作由CPU处理,CPU占用率比较高 。

​ DMA(Direct Memory Access):CPU把IO操作控制权交给DMA控制器,只能以固定的方式读写,CPU空闲做其他工作。

​ 通道方式(Channel):能执行有限通道指令的IO控制器,代替CPU管理控制外设。通道有自己的指令系统,是一个协处理器,具有更强的独立处理数据输入和输出的能力。

Java NIO 由以下几个核心部分组成:

  • Buffer:缓冲区
  • Channel:通道
  • Selector:选择器(轮询器)
    NIO和普通IO的区别:
    在这里插入图片描述

2.Buffer的作用

​ 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。

Java NIO里关键的Buffer实现:

  • ByteBuffer
  • CharBuffer
  • DoubleBuffer
  • FloatBuffer
  • IntBuffer
  • LongBuffer
  • ShortBuffer
2.1 Buffer的基本用法

使用Buffer读写数据一般遵循以下四个步骤:

  1. 创建缓冲区,从硬盘将文件写入数据到Buffer
  2. 调flip()方法将缓冲区改成读取模式
  3. 从Buffer中读取数据
  4. 调用clear()方法或者compact()方法

当向buffer写入数据时,buffer会记录下写了多少数据。一旦要读取数据,需要通过flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式。在读模式下,可以读取之前写入到buffer的所有数据。

一旦读完了所有的数据,就需要清空缓冲区,让它可以再次被写入。有两种方式能清空缓冲区:调用clear()或compact()方法。clear()方法会清空整个缓冲区。(清空缓冲区不会把数据清空只是opsiton位置指针归零,limit限制到缓冲区尾,再次写入到到缓冲区世区时,写入多少,limit会移动到写入位置,从缓冲区再次读取只能读到limit位置不用担心读到上次缓冲区残留数据compact()方法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。

两种分配Buffer的方法:

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);//创建间接缓冲区,大小为1024个字节
ByteBuffer buf2=ByteBuffer.allocateDirect(1024);//直接缓冲区
区别:
间接缓冲区:在堆中开辟,易于管理,垃圾回收器可以回收,空间有限,读写文件速度较慢。
直接缓冲区:不在堆中,物理内存中开辟空间,空间比较大,读写文件速度快,缺点:不受垃圾回收器控制,创建和销毁耗性能。

代码案例:

public class BufferTest {    public static void main(String[] args) {        //1.创建缓冲区指定容量        ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);        //2.写入数据        buffer.put("hello".getBytes());//缓冲区只能读取字节,将String转换成字节        //3.把写入模式换成读取模式        buffer.flip();       /* //单个读取        byte b=buffer.get();        System.out.println((char)b);*/       //读取        byte [] date=new byte[buffer.limit()];//创建一个数组,长度为限制位置即可        buffer.get(date);//读取数组中的数据        System.out.println(new String(date));//转成字符串输出        buffer.clear();//清空缓冲区    }}
Buffer三个属性

1.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。
2.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.
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。
3.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)

向Buffer中写数据

写数据到Buffer有两种方式:

  • 从Channel写到Buffer。后面案例使用
  • 通过Buffer的put()方法写到Buffer里。

从Channel写到Buffer的例子

通过put方法写Buffer的例子:

buf.put(127);

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。 更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。

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。后面案例使用
  2. 使用get()方法从Buffer中读取数据。

从Buffer读取数据到Channel的例子:

使用get()方法从Buffer中读取数据的例子

byte aByte = buf.get();

get方法有很多版本,允许你以不同的方式从Buffer中读取数据。例如,从指定position读取,或者从Buffer中读取数据到字节数组。更多Buffer实现的细节参考JavaDoc

主要方法

rewind()方法

Buffer.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)。

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

clear()与compact()方法

​ 一旦读完Buffer中的数据,需要让Buffer准备好再次被写入。可以通过clear()或compact()方法来完成。

如果调用的是clear()方法,position将被设回0,limit被设置成 capacity的值。换句话说,Buffer 被清空了。Buffer中的数据并未清除,只是这些标记告诉我们可以从哪里开始往Buffer里写数据。

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。

如果Buffer中仍有未读的数据,且后续还需要这些数据,但是此时想要先写些数据,那么使用compact()方法。

compact()方法将所有未读的数据拷贝到Buffer起始处。然后将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。

mark()与reset()方法

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。例如:
buffer.mark(); //添加标记
buffer.reset();//恢复到标记位置

代码实现方法:

public class BufferTest2 {    public static void main(String[] args) {        ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);        System.out.println("写入之前");        System.out.println("容量:"+buffer.capacity());        System.out.println("限制:"+buffer.limit());        System.out.println("位置:"+buffer.position());        buffer.put("hello".getBytes());        System.out.println("写入之后");        System.out.println("容量:"+buffer.capacity());        System.out.println("限制:"+buffer.limit());        System.out.println("位置:"+buffer.position());        buffer.flip();        System.out.println("改为读取模式");        System.out.println("容量:"+buffer.capacity());        System.out.println("限制:"+buffer.limit());        System.out.println("位置:"+buffer.position());        byte [] buf=new byte[2];        buffer.get(buf);        System.out.println("读取之后");        System.out.println("容量:"+buffer.capacity());        System.out.println("限制:"+buffer.limit());        System.out.println("位置:"+buffer.position());        String s=new String(buf,0,2);        System.out.println(s);        System.out.println("------rewind之后--------");        buffer.rewind();        System.out.println("==================");        System.out.println("容量:"+buffer.capacity());        System.out.println("限制:"+buffer.limit());        System.out.println("位置:"+buffer.position());        System.out.println("------读取2个字节--------");        buffer.get(buf);        String ste=new String(buf);        System.out.println(ste);        System.out.println("容量:"+buffer.capacity());        System.out.println("限制:"+buffer.limit());        System.out.println("位置:"+buffer.position());        System.out.println("-------------compact之后------------");        buffer.compact();//将没读到两个的放到前两位 当前位置不变        buffer.flip();        System.out.println("容量:"+buffer.capacity());        System.out.println("限制:"+buffer.limit());        System.out.println("位置:"+buffer.position());        String s6=new String(buffer.array(),0,3);        System.out.println(s6);    }}

运行结果:

写入之前容量:1024限制:1024位置:0写入之后容量:1024限制:1024位置:5改为读取模式容量:1024限制:5位置:0读取之后容量:1024限制:5位置:2he------rewind之后--------==================容量:1024限制:5位置:0------读取2个字节--------he容量:1024限制:5位置:2-------------compact之后------------容量:1024限制:3位置:0llo

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