详解JavaNIO Buffer类的属性和方法

前言

我们知道，Java中的NIO实际上使用的是多种IO模型中的IO多路复用策略，在NIO中，引入了Buffer缓冲区，Channel通道，Selector选择器三个概念，现在先看一下Buffer缓冲区的一些基本知识。

介绍

NIO的Buffer本质上是一个内存块，既可以写入数据，也可以从中读取数据，Java NIO中代表缓冲区的Buffer类是一个抽象类，位于java.nio包中。
NIO的内部是一个内存块(数组)，与普通的内存块(Java数组)不同的是，NIO Buffer对象提供了一系列有效地方法，用来进行写入和读取的交替访问。

在NIO中，有8种缓冲区类型，分别是 ByteBuffer，CharBuffer，DoubleBuffer，FloatBuffer，IntBuffer，LongBuffer，ShortBuffer，MappedByteBuffer。前7种Buffer类型覆盖了能在IO中传输的所有Java基本数据类型，第8种类型是一种专门用于内存映射的ByteBuffer类型，不同的Buffer子类可以操作的数据类型能够通过名称进行判断，比如IntBuffer只能操作Integer类型的对象。

属性

为了记录读写的状态和位置，Buffer类额外提供了一些重要的属性，其中有四个十分重要的成员属性capacity，position，limit，mark。

capacity：容量

capacity属性表示Buffer内部容量的大小，一旦写入对象的数量超过了capacity，缓冲区满了，就不能再写入了。

capacity一旦初始化，就不能再改变，原因是Buffer类的对象在初始化的时候会按照capacity分配内部数组的内存，在数组内存被分配完毕后，就不能再改变大小了。

capacity并不是指内部内存块byte[]数组的字节数量，而是指能写入的数据对象的限制数量。

position：位置

position属性的值和缓冲区的读写模式有关，在不同的模式下，position属性值的含义是不同的，当缓冲区的读写模式发生改变时，position值会进行相应的调整。

写模式

1. 在刚进入写模式时，position的值为0，表示当前写入的位置从0开始。
2. 当一个数据写入缓冲区之后，position的位置会向后移动到下一个可写的位置。
3. 初始position值为0，最大可写值为limit-1，当position的值达到limit时，表示缓冲区已经无位置可写了。

读模式

1. 当缓冲区开始进入读模式时，position的值会被重置为0。
2. 当从缓冲区开始读取数据的时候，也是从position位置开始读，读取数据后，position的位置会向后移动到下一个可读的位置。
3. 在读模式下，limit表示可读数据的上限，position的最大值为最大可读上限limit，当position的位置达到limit，表示缓冲区已无数据可读。

Buffer的读写切换

当新建了一个缓冲区示例后，缓冲区默认处于写模式，在数据写入完毕之后，可以使用**flip()**方法将缓冲区切换为读模式。
在从写模式切换到读模式的过程中，position和limit的属性值会发生变化，limit的值设置为写模式时的position的值，表示可以读取的最大数据的位置，position由原来的写入位置变为新的可读位置，也就是0，表示可以从头开始读取。

limit：上限

limit属性表示可以写入或者读取的最大位置，具体含义也和读写的模式有关。

写模式

在写模式下，初始化时limit的值会被设置为缓冲区的capacity值，表示可以将缓冲区的容量写满。

读模式

在读模式下，limit的值被设置为写模式下的position的值，表示最多能从缓冲区中读取多少数据。

mark：标记

在缓冲区的操作过程中，可以将当前的position值临时存入mark属性中，在需要的时候，再从mark中取出暂存的标记值，恢复到position位置开始处理。

方法

allocate()

在使用Buffer实例之前，我们需要先获取Buffer子类的实例对象，并且分配内存空间，在获取实例对象时，并不是使用子类的构造器来创建，而是使用子类的allocate()方法。

从实例中可以看出，一个缓冲区在创建之后默认是处于写模式的，position的属性值为0，capacity和limit的属性值相同，都为20。

put()

在缓冲区创建完毕后，就可以写入对象，如果要把对象写入到缓冲区中，就需要调用put()方法，要求写入的数据类型和缓冲区的数据类型保持一致。

从结果可以看出，写入了5个元素之后，position的属性值就变为了5，指向了第6个可以写入的位置，而capacity和limit两个属性并没有发生变化。

flip()

在缓冲区写入完数据之后，还不能从中直接读取数据，需要将缓冲区切换为读模式，使用**flip()**翻转方法。

在翻转之后，position和limit属性的值都发生了变化，limit变为了写模式下position的值，表示最大的读取位置是5，而position的值变为0，表示从头开始读取。最后，清楚mark的值，因为mark储存的是写模式下的临时位置，发生翻转之后需要清空，防止发生混乱。

可以看一下源码：

那当数据读取完毕之后，如何从读模式切换到写模式呢，可以调用clear()方法清空或者调用compact()方法进行压缩。

get()

切换到读模式之后，就可以从缓冲区读取数据了，可以调用get()方法读取数据。并且缓冲区的属性也会相应的发生变化。


从以上实例可以看出，读操作会改变position的值，而不会改变limit的值，当position的值和limit的值相等时，表示所有数据读取完成，如果继续读取，则会抛出BufferUnderflowException异常。
在读取完毕之后是不能立即写入数据的，必需要调用clear()方法清空或者调用compact()方法进行压缩。
那么已经读取完的缓冲区是否可以重复读呢，答案是可以的，需要使用rewind()方法。

rewind()

rewind()也叫倒带，就像磁带一样，倒回去重新听一遍。

rewind()方法主要是调整了缓冲区的position和mark属性的值。
将position设置为0，limit保持不变，mark被清理，清除掉之前存储的位置。

mark()和reset()

这两个方法是配套使用的，mark()方法将当前position设置到mark属性中，reset()将mark属性的值恢复到position中，以便于从这个位置重复调用。

使用reset()方法之后，position的值为2，此时再去读取缓冲区，得到的结果为2，3，4。

clear()

在读模式下，调用clear()方法可以将缓冲区从读模式切换为写模式。
此时position的值被清零，limit的值变为capacity的值，可以一直写入，知道缓冲区满。

总结

1. 使用子类对象的allocate()方法实例化Buffer对象。
2. 使用put()方法添加数据。
3. 当数据写入完毕后使用flip()方法，切换为读模式。
4. 使用get()方法从缓冲区中读取数据。
5. 读取完成之后，使用clear()或者compact()方法，将缓冲区从读模式切换为写模式。可以继续写入。

下篇文章总结一下Channel类，如有帮助，请点赞，谢谢！