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【从入门到放弃-Java】并发编程-NIO-Buffer

前言

上篇【从入门到放弃-Java】并发编程-NIO-Channel 中我们学习到channel是双向通道，数据通过channel在实体（文件、socket）和缓冲区（buffer）中可以双向传输。

本文我们就来学习下buffer

简介

buffer即缓冲区，实际上是一块内存，可以用来写入、读取数据。是一个线性的、大小有限的、顺序承载基础数据类型的内存块。

buffer有三个重要的属性：

capacity：缓冲池大小，是不可变的。当buffer写满时，需要先清空才能继续写入。
limit：是buffer中不可以被读或者写的第一个元素的位置，limit的大小永远不会超过capacity（在写模式下，limit等于capacity）
position：是buffer中可以被读或者写的第一个元素的位置，position的大小永远不会超过limit

除了boolean外，每一个基础数据类型都有对应的buffer。如：ByteBuffer、CharBuffer、LongBuffer等

buffer不是线程安全的，如果要在多线程中使用需要加锁控制

接下来以ByteBuffer为例开始学习。

ByteBuffer

allocateDirect

public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity) {
    //会创建一个容量大小为capacity的DirectByteBuffer（ByteBuffer的子类）
    return new DirectByteBuffer(capacity);
}

allocate

public static ByteBuffer allocate(int capacity) {
    if (capacity < 0)
        throw createCapacityException(capacity);
    //会创建一个容量大小为capacity的HeapByteBuffer（ByteBuffer的子类）
    return new HeapByteBuffer(capacity, capacity);
}

HeapByteBuffer和DirectByteBuffer的区别：

DirectByteBuffer是直接调用native方法在本机os::malloc()创建堆外内存；HeapByteBuffer是直接在jvm的堆中分配内存。
当buffer中的数据和磁盘、网络等的交互都在操作系统的内核中发生时，使用DirectByteBuffer能避免从内核态->用户态->内核态的切换开销，所有的处理都在内核中进行，性能会比较好
当频繁创建操作数据量比较小的buffer时，使用HeapByteBuffer在jvm堆中分配内存能抵消掉使用DirectByteBuffer带来的好处。

wrap

public static ByteBuffer wrap(byte[] array,
                                    int offset, int length)
{
    try {
        return new HeapByteBuffer(array, offset, length);
    } catch (IllegalArgumentException x) {
        throw new IndexOutOfBoundsException();
    }
}

public static ByteBuffer wrap(byte[] array) {
        return wrap(array, 0, array.length);
    }

将byte数组包装成一个ByteBuffer

读数据

使用get方法从Buffer中读取数据
从Buffer中读取数据到Channel即：Channel::write() (从buffer中读取数据写入到资源中，所以是write)

写数据

使用put方法直接设置Buffer中的数据
从Channel中读取数据到Buffer即：Channel::read() (从资源中读取数据写入到buffer中，所以是read)

position

//获取buffer中当前position的位置
public final int position() {
    return position;
}

//设置buffer的position为newPosition，注意newPosition要大于0且小于limit，如果remark大于newPosition则设置为-1
public Buffer position(int newPosition) {
    if (newPosition > limit | newPosition < 0)
         throw createPositionException(newPosition);
     position = newPosition;
     if (mark > position) mark = -1;
     return this;
}

limit

//获取buffer中当前limit的位置
public final int limit() {
    return limit;
}

//设置buffer的limit为newLimit，注意newLimit要大于0且小于capacity。如果position大于newLimit这设置为newLimit，如果remark大于newLimit则设置为-1
public Buffer limit(int newLimit) {
    if (newLimit > capacity | newLimit < 0)
        throw createLimitException(newLimit);
    limit = newLimit;
    if (position > limit) position = limit;
    if (mark > limit) mark = -1;
    return this;
}

mark

public Buffer mark() {
    //标记mark为当前position
    mark = position;
    return this;
}

将当前位置做标记，在使用reset方法时，可以回到当前mark的位置

reset

public Buffer reset() {
    int m = mark;
    if (m < 0)
        throw new InvalidMarkException();
    //设置position为当前mark
    position = m;
    return this;
}

回到之前设置mark的位置

clear

public Buffer clear() {
    //设置position为0
    position = 0;
    //limit设置为capacity大小
    limit = capacity;
    //mark设置为-1（初始化）
    mark = -1;
    return this;
}

读取完数据后调用clear，即将buffer逻辑上清空了，可以从0开始写入数据

flip

public Buffer flip() {
    //limit设置为当前位置
    limit = position;
    //position设置为0
    position = 0;
    //mark设置为-1（初始化）
    mark = -1;
    return this;
}

将buffer从写模式设置为读模式，limit设置为当前position的位置，即只能读取limit大小的数据

rewind

public Buffer rewind() {
    position = 0;
    mark = -1;
    return this;
}

将position设置为0，即从头开始读取

remaining

public final int remaining() {
    return limit - position;
}

返回buffer中还有多少byte是未读的

hasRemaining

public final boolean hasRemaining() {
    return position < limit;
}

是否已读完

compact

public ByteBuffer compact() {
    System.arraycopy(hb, ix(position()), hb, ix(0), remaining());
    position(remaining());
    limit(capacity());
    discardMark();
    return this;
}

将position和limit直接的数据copy到byteBuffer的起始处，将已读数据清空，并将新的position设置为当前未读数据的末尾。这样能避免clear方法会将未读数据也清空的问题

slice

public ByteBuffer slice() {
    return new HeapByteBufferR(hb,
                                    -1,
                                    0,
                                    this.remaining(),
                                    this.remaining(),
                                    this.position() + offset);
}

ByteBuffer slice(int pos, int lim) {
    assert (pos >= 0);
    assert (pos <= lim);
    int rem = lim - pos;
    return new HeapByteBufferR(hb,
                                    -1,
                                    0,
                                    rem,
                                    rem,
                                    pos + offset);
}

新创建一个ByteBuffer，将缓存区分片，设置一个子缓冲区，实际上内存还是共享的，数据发生改变，两个缓冲区读取的数据都会是改变后的。