【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

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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

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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

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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

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//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

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//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

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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

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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

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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

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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

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

将position设置为0,即从头开始读取

remaining

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

返回buffer中还有多少byte是未读的

hasRemaining

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

是否已读完

compact

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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

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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。

总结

Buffer最重要的三个属性:position、limit、capacity。牢记这三个属性的含义及读写切换时,设置值是如何变化的,Buffer的核心知识点就掌握了。