前言
在Java NIO中，缓冲区用来临时存储数据，可以理解为是I/O操作中数据暂存的中转站。缓冲区直接为通道(Channel)服务，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，用来方便的访问这块内存。
正文
Buffer的类型
Java NIO提供以下几种Buffer类型：
- ByteBuffer
- MappedByteBuffer
- ShortBuffer
- LongBuffer
- FloatBuffer
- CharBuffer
- IntBuffer
- DoubleBuffer
这些Buffer类型代表了Java中7种基本数据类型。换句话说，就是可以通过byte、char、short、int、long、float或double类型来操作缓冲区中的数据。
Buffer的基本用法
使用Buffer读写数据一般遵循以下四个步骤：
- 写入数据到
Buffer中； - 调用
Buffer的flip()方法； - 从
Buffer中读取数据； - 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。两种方式能清空缓冲区：调用clear()或compact()方法。
- clear()方法：清空整个缓冲区，包括已读和未读的数据。
- compact()方法：只会清空已读的数据，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。
下面给出一个ByteBuffer的简单使用示例，其他缓冲区API的使用类似：
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public static void testReadFromBuffer() { try { RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("D://test.txt", "rw"); FileChannel fileChannel = file.getChannel(); //创建容量为10byte的buffer ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(10); // 不断地写入缓冲区，写一次读一次 while (fileChannel.read(byteBuffer) != -1) { // 设置buffer切换模式为读模式 byteBuffer.flip(); while (byteBuffer.hasRemaining()) { // 每次读取1byte，也就是一个字节 System.out.print((char) byteBuffer.get()); } // 清空整个缓存区，准备下次写入 byteBuffer.clear(); } fileChannel.close(); } catch (FileNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); }}
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Buffer的重要属性
为了理解Buffer的工作原理，需要熟悉它的4个核心属性：
| 属性 | 含义 | 具体描述 |
|---|---|---|
| capacity | 容量 | 缓冲区可以容纳的最大数据量，在缓冲区创建时被设定并且不能改变 |
| limit | 上界 | 缓冲区中当前已使用的数据量 |
| position | 位置 | 缓冲区下一个要被读或写的元素的索引 |
| mark | 标记 | 调用mark()来设置mark=position，再调用reset()可以让position恢复到标记的位置即position=mark |
其中，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。
capacity
作为一个内存块，Buffer有一个固定的大小值，也叫capacity。你最多只能写入capacity个的byte、char、int、long等类型数据。一旦Buffer满了，需要将其清空（通过读数据或者清除数据）才能继续往里写数据。
position
- 写入数据时：
当你写数据到Buffer中时，position表示下一个可写入的数据的位置。position的初始位置为0，当一个byte、char、int、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。
- 读取数据时：
当从Buffer读取数据时，position表示下一个可读取的数据的位置。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
- 写入数据时：
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，也就是内存块的最大容量。
- 写入数据时：
当切换Buffer到读模式时，limit会被设置成写模式下的position值，limit表示你最多能读到多少数据。limit被设置成已写数据的数量，这个值在写模式下就是position。
Buffer的方法
Buffer的分配
要想获得一个Buffer对象首先要进行分配，每一个Buffer类都有一个allocate()方法。下面是一个分配10字节capacity的ByteBuffer的例子：
1 |
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(10); |
这是分配一个可存储1024个字符的CharBuffer：
1 |
CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024); |
向Buffer中写入数据
写数据到Buffer有两种方式：
- 从
Channel将数据写入Buffer。
1 |
int bytesRead = channel.read(buffer); |
- 通过
Buffer的put()方法写到Buffer中。
1 |
buffer.put(1); |
put()在ByteBuffer中为抽象方法，在ByteBuffer有很多的重载，由其子类HeapByteBuffer和DirectByteBuffer实现。
写模式切换为读模式
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。
1 |
buffer.flip(); |
查看flip()方法的源码确认：
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public final Buffer flip() { limit = position; position = 0; mark = -1; return this;}
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从Buffer从读取数据
从Buffer中读取数据也有两种方式：
- 从
Buffer读取数据到Channel中。
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int bytesWritten = channel.write(buf); |
- 通过
Buffer的get()方法从Buffer中读取数据。
1 |
byte b = buffer.get(); |
get()方法和put()一样有很多的重载，允许以不同的方式从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。
clear()和compact()方法
一旦读完Buffer中的数据，需要让Buffer准备好再次被写入。前面也说了，可以通过clear()或compact()方法来完成。
clear()方法
如果调用的是clear()方法，position将被设回0，limit被设置成capacity的值。
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buffer.clear(); |
查看clear()方法的源码确认：
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public final Buffer clear() { position = 0; limit = capacity; mark = -1; return this;}
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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。
compact()方法
如果调用的是compact()方法，所有的未读数据都将被拷贝到Buffer的起始位置，position会设置为最后一个未读元素的后面。limit()方法和clear()方法一样，会被设置为capacity的大小。
查看compact()方法的实现，此方法在ByteBuffer中为抽象方法，查看其子类HeapByteBuffer的实现：
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public ByteBuffer compact() { // 将未读的数据往前移动 System.arraycopy(hb, ix(position()), hb, ix(0), remaining()); // 设置postion为最后一个未读数据后面的位置 position(remaining()); // 设置limit为最大的容量 limit(capacity()); // 清除标记位 discardMark(); return this;}
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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mark()方法，可以标记Buffer中的一个特定position。之后可以通过调用reset()方法恢复到这个position。例如：
mark()方法
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buffer.mark(); |
查看mark()方法的源码，mark变量被设置为position的值：
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public final Buffer mark() { mark = position; return this;}
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reset()方法
1 |
buffer.reset(); |
查看mark()方法的源码，position变量被设置为之前的mark的值：
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public final Buffer reset() { int m = mark; if (m < 0) throw new InvalidMarkException(); position = m; return this;}
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equals()与compareTo()方法
可以使用equals()和compareTo()方法比较两个Buffer。
equals()方法
当同时满足下列条件时，表示两个Buffer相等：
- 有相同的类型(
byte、char、int和long类型等)。 Buffer中剩余的byte、char等元素的个数相等。Buffer中所有剩余的byte、char等都相同。
equals()方法比较的实际是Buffer中的剩余元素是否相等。它只是比较Buffer的一部分，不是每一个在它里面的元素都比较。
compareTo()方法
compareTo()方法比较两个Buffer的剩余元素(byte、char等)。
当满足下列条件时，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)。
总结
这里只是对Buffer进行了入门的介绍，具体深入学习还需要查看各种缓冲区以及相关的具体实现。
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