[toc] # 簡介 小師妹在學習NIO的路上越走越遠，唯一能夠幫到她的就是在她需要的時候給她以全力的支援。什麼都不說了，今天介紹的是NIO的基礎Buffer。老鐵給我上個Buff。 # Buffer是什麼 小師妹：F師兄，這個Buffer是我們縱橫王者峽谷中那句：老鐵給我加個Buff的意思嗎？ 當然不是了，此Buffer非彼Buff，Buffer是NIO的基礎，沒有Buffer就沒有NIO，沒有Buffer就沒有今天的java。 因為NIO是按Block來讀取資料的，這個一個Block就可以看做是一個Buffer。我們在Buffer中儲存要讀取的資料和要寫入的資料，通過Buffer來提高讀取和寫入的效率。 更多精彩內容且看： * [區塊鏈從入門到放棄系列教程-涵蓋密碼學,超級賬本,以太坊,Libra,比特幣等持續更新](http://www.flydean.com/blockchain/) * [Spring Boot 2.X系列教程:七天從無到有掌握Spring Boot-持續更新](http://www.flydean.com/learn-spring-boot/) * [Spring 5.X系列教程:滿足你對Spring5的一切想象-持續更新](http://www.flydean.com/spring5/) * [java程式設計師從小工到專家成神之路（2020版）-持續更新中,附詳細文章教程](https://blog.csdn.net/superfjj/article/details/105482751) > 更多內容請訪問[www.flydean.com](www.flydean.com) 還記得java物件的底層儲存單位是什麼嗎？ 小師妹：這個我知道，java物件的底層儲存單位是位元組Byte。 對，我們看下Buffer的繼承圖：  Buffer是一個介面，它下面有諸多實現，包括最基本的ByteBuffer和其他的基本型別封裝的其他Buffer。 小師妹：F師兄，有ByteBuffer不就夠了嗎？還要其他的型別Buffer做什麼？ 小師妹，山珍再好，也有吃膩的時候，偶爾也要換個蘿蔔白菜啥的，你以為乾隆下江南都幹了些啥？ ByteBuffer雖然好用，但是它畢竟是最小的單位，在它之上我們還有Char，int，Double，Short等等基礎型別，為了簡單起見，我們也給他們都搞一套Buffer。 # Buffer進階 小師妹：F師兄，既然Buffer是這些基礎型別的集合，為什麼不直接用結合來表示呢？給他們封裝成一個物件，好像有點多餘。 我們既然在面向物件的世界，從表面來看自然是使用Object比較合乎情理，從底層的本質上看，這些封裝的Buffer包含了一些額外的元資料資訊，並且還提供了一些意想不到的功能。  上圖列出了Buffer中的幾個關鍵的概念，分別是Capacity，Limit，Position和Mark。Buffer底層的本質是陣列，我們以ByteBuffer為例，它的底層是： ~~~java final byte[] hb; ~~~ * Capacity表示的是該Buffer能夠承載元素的最大數目，這個是在Buffer建立初期就設定的，不可以被改變。 * Limit表示的Buffer中可以被訪問的元素個數，也就是說Buffer中存活的元素個數。 * Position表示的是下一個可以被訪問元素的index，可以通過put和get方法進行自動更新。 * Mark表示的是歷史index，當我們呼叫mark方法的時候，會把設定Mark為當前的position，通過呼叫reset方法把Mark的值恢復到position中。 # 建立Buffer 小師妹：F師兄呀，這麼多Buffer建立起來是不是很麻煩？有沒有什麼快捷的使用辦法？ 一般來說建立Buffer有兩種方法，一種叫做allocate，一種叫做wrap。 ~~~java public void createBuffer(){ IntBuffer intBuffer= IntBuffer.allocate(10); log.info("{}",intBuffer); log.info("{}",intBuffer.hasArray()); int[] intArray=new int[10]; IntBuffer intBuffer2= IntBuffer.wrap(intArray); log.info("{}",intBuffer2); IntBuffer intBuffer3= IntBuffer.wrap(intArray,2,5); log.info("{}",intBuffer3); intBuffer3.clear(); log.info("{}",intBuffer3); log.info("{}",intBuffer3.hasArray()); } ~~~ allocate可以為Buffer分配一個空間，wrap同樣為Buffer分配一個空間，不同的是這個空間背後的陣列是自定義的，wrap還支援三個引數的方法，後面兩個引數分別是offset和length。 ~~~java INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=0 lim=10 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - true INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=0 lim=10 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=2 lim=7 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=0 lim=10 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - true ~~~ hasArray用來判斷該Buffer的底層是不是陣列實現的，可以看到，不管是wrap還是allocate，其底層都是陣列。 > 需要注意的一點，最後，我們呼叫了clear方法，clear方法呼叫之後，我們發現Buffer的position和limit都被重置了。這說明wrap的三個引數方法設定的只是初始值，可以被重置。 # Direct VS non-Direct 小師妹：F師兄，你說了兩種建立Buffer的方法，但是兩種Buffer的後臺都是陣列，難道還有非陣列的Buffer嗎？ 自然是有的,但是隻有ByteBuffer有。ByteBuffer有一個allocateDirect方法，可以分配Direct Buffer。 小師妹：Direct和非Direct有什麼區別呢？  Direct Buffer就是說，不需要在使用者空間再複製拷貝一份資料，直接在虛擬地址對映空間中進行操作。這叫Direct。這樣做的好處就是快。缺點就是在分配和銷燬的時候會佔用更多的資源，並且因為Direct Buffer不在使用者空間之內，所以也不受垃圾回收機制的管轄。 所以通常來說只有在資料量比較大，生命週期比較長的資料來使用Direct Buffer。 看下程式碼： ~~~java public void createByteBuffer() throws IOException { ByteBuffer byteBuffer= ByteBuffer.allocateDirect(10); log.info("{}",byteBuffer); log.info("{}",byteBuffer.hasArray()); log.info("{}",byteBuffer.isDirect()); try (RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("src/main/resources/www.flydean.com", "r"); FileChannel inChannel = aFile.getChannel()) { MappedByteBuffer buffer = inChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, inChannel.size()); log.info("{}",buffer); log.info("{}",buffer.hasArray()); log.info("{}",buffer.isDirect()); } } ~~~ 除了allocateDirect,使用FileChannel的map方法也可以得到一個Direct的MappedByteBuffer。 上面的例子輸出結果： ~~~java INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.DirectByteBuffer[pos=0 lim=10 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - false INFO com.flydean.BufferUsage - true INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.DirectByteBufferR[pos=0 lim=0 cap=0] INFO com.flydean.BufferUsage - false INFO com.flydean.BufferUsage - true ~~~ # Buffer的日常操作 小師妹:F師兄，看起來Buffer確實有那麼一點複雜，那麼Buffer都有哪些操作呢？ Buffer的操作有很多，下面我們一一來講解。 ## 向Buffer寫資料 向Buffer寫資料可以呼叫Buffer的put方法： ~~~java public void putBuffer(){ IntBuffer intBuffer= IntBuffer.allocate(10); intBuffer.put(1).put(2).put(3); log.info("{}",intBuffer.array()); intBuffer.put(0,4); log.info("{}",intBuffer.array()); } ~~~ 因為put方法返回的還是一個IntBuffer類，所以Buffer的put方法可以像Stream那樣連寫。 同時，我們還可以指定put在什麼位置。上面的程式碼輸出： ~~~java INFO com.flydean.BufferUsage - [1, 2, 3, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0] INFO com.flydean.BufferUsage - [4, 2, 3, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0] ~~~ ## 從Buffer讀資料 讀資料使用get方法，但是在get方法之前我們需要呼叫flip方法。 flip方法是做什麼用的呢？上面講到Buffer有個position和limit欄位，position會隨著get或者put的方法自動指向後面一個元素，而limit表示的是該Buffer中有多少可用元素。 如果我們要讀取Buffer的值則會從positon開始到limit結束： ~~~java public void getBuffer(){ IntBuffer intBuffer= IntBuffer.allocate(10); intBuffer.put(1).put(2).put(3); intBuffer.flip(); while (intBuffer.hasRemaining()) { log.info("{}",intBuffer.get()); } intBuffer.clear(); } ~~~ 可以通過hasRemaining來判斷是否還有下一個元素。通過呼叫clear來清除Buffer，以供下次使用。 ## rewind Buffer rewind和flip很類似，不同之處在於rewind不會改變limit的值，只會將position重置為0。 ~~~java public void rewindBuffer(){ IntBuffer intBuffer= IntBuffer.allocate(10); intBuffer.put(1).put(2).put(3); log.info("{}",intBuffer); intBuffer.rewind(); log.info("{}",intBuffer); } ~~~ 上面的結果輸出： ~~~java INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=3 lim=10 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=0 lim=10 cap=10] ~~~ ## Compact Buffer Buffer還有一個compact方法，顧名思義compact就是壓縮的意思，就是把Buffer從當前position到limit的值賦值到position為0的位置： ~~~java public void useCompact(){ IntBuffer intBuffer= IntBuffer.allocate(10); intBuffer.put(1).put(2).put(3); intBuffer.flip(); log.info("{}",intBuffer); intBuffer.get(); intBuffer.compact(); log.info("{}",intBuffer); log.info("{}",intBuffer.array()); } ~~~ 上面程式碼輸出： ~~~java INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=0 lim=3 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=2 lim=10 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - [2, 3, 3, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0] ~~~ ## duplicate Buffer 最後我們講一下複製Buffer，有三種方法，duplicate，asReadOnlyBuffer，和slice。 duplicate就是拷貝原Buffer的position，limit和mark，它和原Buffer是共享原始資料的。所以修改了duplicate之後的Buffer也會同時修改原Buffer。 如果用asReadOnlyBuffer就不允許拷貝之後的Buffer進行修改。 slice也是readOnly的，不過它拷貝的是從原Buffer的position到limit-position之間的部分。 ~~~java public void duplicateBuffer(){ IntBuffer intBuffer= IntBuffer.allocate(10); intBuffer.put(1).put(2).put(3); log.info("{}",intBuffer); IntBuffer duplicateBuffer=intBuffer.duplicate(); log.info("{}",duplicateBuffer); IntBuffer readOnlyBuffer=intBuffer.asReadOnlyBuffer(); log.info("{}",readOnlyBuffer); IntBuffer sliceBuffer=intBuffer.slice(); log.info("{}",sliceBuffer); } ~~~ 輸出結果： ~~~java INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=3 lim=10 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=3 lim=10 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBufferR[pos=3 lim=10 cap=10] INFO com.flydean.BufferUsage - java.nio.HeapIntBuffer[pos=0 lim=7 cap=7] ~~~ # 總結 今天給小師妹介紹了Buffer的原理和基本操作。 本文的例子[https://github.com/ddean2009/learn-java-io-nio](https://github.com/ddean2009/learn-java-io-nio) > 本文作者：flydean程式那些事 > > 本文連結：[http://www.flydean.com/java-io-nio-buffer/](http://www.flydean.com/java-io-nio-buffer/) > > 本文來源：flydean的部落格 > > 歡迎關注我的公眾號:程式那些事，更多精彩等著您！