15.9.2 使用Buffer

发表于 更新于 分类于 ， ， Waline： 本文字数： 7.8k 阅读时长 ≈ 7 分钟

15.9.2 使用Buffer

从内部结构上来看,Buffer就像一个数组,它可以保存多个类型相同的数据。Buffer是一个抽象类,其最常用的子类是ByteBuffer,它可以在底层字节数组上进行get/set操作。除ByteBuffer之外,对应于其他基本数据类型(boolean除外)都有相应的Buffer类:CharBuffer、ShortBuffer、IntBuffer、LongBuffer、FloatBuffer、DoubleBuffer。

创建Buffer对象

上面这些Buffer类,除ByteBuffer之外,它们都采用相同或相似的方法来管理数据,只是各自管理的数据类型不同而已。这些Buffer类都没有提供构造器,通过使用如下方法来得到一个Buffer对象。

方法 描述
static XxxBuffer allocate(int capacity) 创建一个容量为capacity的XxX Buffer对象。
展开/折叠
方法 描述
static ByteBuffer allocate(int capacity) Allocates a new byte buffer.
static ShortBuffer allocate(int capacity) Allocates a new short buffer.
static IntBuffer allocate(int capacity) Allocates a new int buffer.
static LongBuffer allocate(int capacity) Allocates a new long buffer.
static CharBuffer allocate(int capacity) Allocates a new char buffer.
static FloatBuffer allocate(int capacity) Allocates a new float buffer.
static DoubleBuffer allocate(int capacity) Allocates a new double buffer.

但实际使用较多的是ByteBuffer和CharBuffer,其他Buffer子类则较少用到。

MappedByteBuffer

其中ByteBuffer类还有一个子类:MappedByteBuffer,MappedByteBuffer用于表示Channel将磁盘文件的部分或全部内容映射到内存中后得到的结果,通常MappedByteBuffer对象由Channel的map()方法返回。

容量 界限 位置

在Buffer中有三个重要的概念:容量(capacity)、界限(limit)和位置(position)

  • 容量(capacity):
    • 缓冲区的容量(capacity)表示该Buffer的最大数据容量,即最多可以存储多少数据。缓冲区的容量不可能为负值,创建后不能改变。
  • 界限(limit):
    • 第一个不应该被读出或者写入的缓冲区位置索引。也就是说,位于limit后的数据既不可被读,也不可被写。
  • 位置(position):
    • 用于指明下一个可以被读出的或者写入的缓冲区位置索引(类似于IO流中的记录指针)。当使用Buffer从Channel中读取数据时,position的值恰好等于已经读到了多少数据:
    • 当刚刚新建一个Buffer对象时,其position为0,也就是第1个位置的索引为0;
    • 如果从Channel中读取了2个数据到该Buffer中,则position为2,指向Buffer中第3个位置

标记

除此之外,Buffer里还支持一个可选的标记(mark),类似于传统IO流中的mark(),Buffer允许直接将position定位到该mark处。这些值满足如下关系:
0≤mark≤position≤limit≤capacity
图15.16显示了某个Buffer读入了一些数据后的示意图
这里有一张图片

Buffer的作用

Buffer的主要作用就是装入数据,然后输出数据(其作用类似于前面介绍的取水的“竹筒”),开始时Buffer的position为0,limit为capacity

装入数据 put方法

程序可通过put()方法向Buffer中放入一些数据(或者从Channel中获取一些数据),每放入一些数据,Buffer的position相应地向后移动一些位置。

ByteBuffer的put方法

展开/折叠
ByteBuffer的put方法 描述
abstract ByteBuffer put(byte b) Relative put method (optional operation).
ByteBuffer put(byte[] src) Relative bulk put method (optional operation).
ByteBuffer put(byte[] src, int offset, int length) Relative bulk put method (optional operation).
abstract ByteBuffer put(int index, byte b) Absolute put method (optional operation).
ByteBuffer put(ByteBuffer src) Relative bulk put method (optional operation).
方法 描述
abstract ByteBuffer putChar(char value) Relative put method for writing a char value (optional operation).
abstract ByteBuffer putChar(int index, char value) Absolute put method for writing a char value (optional operation).
abstract ByteBuffer putDouble(double value) Relative put method for writing a double value (optional operation).
abstract ByteBuffer putDouble(int index, double value) Absolute put method for writing a double value (optional operation).
abstract ByteBuffer putFloat(float value) Relative put method for writing a float value (optional operation).
abstract ByteBuffer putFloat(int index, float value) Absolute put method for writing a float value (optional operation).
abstract ByteBuffer putInt(int value) Relative put method for writing an int value (optional operation).
abstract ByteBuffer putInt(int index, int value) Absolute put method for writing an int value (optional operation).
abstract ByteBuffer putLong(int index, long value) Absolute put method for writing a long value (optional operation).
abstract ByteBuffer putLong(long value) Relative put method for writing a long value (optional operation).
abstract ByteBuffer putShort(int index, short value) Absolute put method for writing a short value (optional operation).
abstract ByteBuffer putShort(short value) Relative put method for writing a short value (optional operation).

CharBuffer的put方法

展开/折叠
方法 描述
abstract CharBuffer put(char c) Relative put method (optional operation).
CharBuffer put(char[] src) Relative bulk put method (optional operation).
CharBuffer put(char[] src, int offset, int length) Relative bulk put method (optional operation).
abstract CharBuffer put(int index, char c) Absolute put method (optional operation).
CharBuffer put(String src) Relative bulk put method (optional operation).
CharBuffer put(String src, int start, int end) Relative bulk put method (optional operation).
CharBuffer put(CharBuffer src) Relative bulk put method (optional operation).

准备输出数据 flip方法

当Buffer装入数据结束后,调用Buffer的flip()方法,该方法将limit设置为position所在位置,并将position设为0,这就使得Buffer的读写指针又移到了开始位置。

需要读取Buffer中的数据时调用flip方法

也就是说,Buffer调用flip()方法之后,Buffer为输出数据做好了准备;

Buffer类的flip方法 描述
Buffer flip() Flips this buffer.

准备再次装入数据 clear方法

当Buffer输出数据结束后,Buffer调用clear()方法,clear方法不是清空Buffer的数据,它仅仅将position置为0,将limit置为capacity,这样为再次向Buffer中装入数据做好准备。

Buffer类的clear方法 描述
Buffer clear() Clears this buffer.

取出flip 再次装入clear

Buffer中包含两个重要的方法,即flip()和clear(),

  • flip为从Buffer中取出数据做好准备,
  • clear为再次向Buffer中装入数据做好准备

Buffer其他常用方法

除此之外,Buffer还包含如下一些常用的方法。

方法 描述
int capacity() 返回Buffer的capacity大小。
boolean hasRemaining() 判断当前位置(position)和界限(limit)之间是否还有元素可供处理
int limit() 返回Buffer的界限(limit)的位置。
Buffer limit(int newLimit) 重新设置界限(limit)的值,并返回一个具有新的limit的缓冲区对象
Buffer mark() 设置Buffer的mark位置,它只能在0和位置(position)之间做mark。
int position() 返回Buffer中的position值
Buffer position(int newPosition) 设置Buffer的position,并返回position被修改后的Buffer对象
int remaining() 返回当前位置和界限(limit)之间的元素个数
Buffer reset() 将位置(position)转到mark所在的位置。
Buffer rewind() 将位置(position)设置成0,取消设置的mark

放入 取出

除这些移动position、limit、mark的方法之外,Buffer的所有子类还提供了两个重要的方法:put()和get()方法,用于向Buffer中放入数据和从Buffer中取出数据。当使用put()和get()方法放入、取出数据时,Buffer既支持对单个数据的访问,也支持对批量数据的访问(以数组作为参数)。

相对 绝对

当使用put()和get()来访问Buffer中的数据时,分为相对和绝对两种。

  • 相对(Relative):
    • 从Buffer的当前position处开始读取或写入数据,然后将位置(position)的值按处理元素的个数增加
  • 绝对(Absolute):
    • 直接**根据索引向Buffer中读取或写入数据**,使用绝对方式访问Buffer里的数据时,并不会影响位置(position)的值。

程序示例

下面程序示范了Buffer的一些常规操作。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
import java.nio.*;

public class BufferTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建Buffer
        CharBuffer buff = CharBuffer.allocate(8); // ①
        System.out.println("capacity: " + buff.capacity());
        System.out.println("limit: " + buff.limit());
        System.out.println("position: " + buff.position());
        // 放入元素
        buff.put('a');
        buff.put('b');
        buff.put('c'); // ②
        System.out.println("加入三个元素后，position = " + buff.position());
        // 调用flip()方法 准备取出数据
        buff.flip(); // ③
        System.out.println("执行flip()后，limit = " + buff.limit());
        System.out.println("position = " + buff.position());
        // 取出第一个元素
        System.out.println("第一个元素(position=0)：" + buff.get()); // ④
        System.out.println("取出一个元素后，position = " + buff.position());
        // 调用clear方法 准备再次放入数据
        buff.clear(); // ⑤
        System.out.println("执行clear()后，limit = " + buff.limit());
        System.out.println("执行clear()后，position = " + buff.position());
        System.out.println("执行clear()后，缓冲区内容并没有被清除：" +
            "第三个元素为：" + buff.get(2)); // ⑥
        System.out.println("执行绝对读取后，position = " + buff.position());
    }
}

在上面程序的①号代码处:

1
CharBuffer buff = CharBuffer.allocate(8); // ①

通过CharBuffer的一个静态方法allocate()创建了一个capacity为8的CharBuffer,此时该Buffer的limit和capacity为8,position为0,如图15.17所示
这里有一张图片
接下来程序执行到②号代码处:

1
2
3
buff.put('a');
buff.put('b');
buff.put('c'); // ②

程序向CharBuffer中放入3个数值,放入3个数值后的CharBuffer效果如图15.18所示。
这里有一张图片
程序执行到③号代码处:

1
buff.flip(); // ③

调用了Buffer的flip()方法,该方法将把limit设为position处,把position设为0,如图15.19所示。
这里有一张图片
从图15.19中可以看出,当Buffer调用了flip()方法之后,limit就移到了原来position所在位置,这样相当于把Buffer中没有数据的存储空间“封印”起来,从而避免读取Buffer数据时读到null值。

无参get方法会使得position加一

接下来程序在④号代码处:

1
System.out.println("第一个元素(position=0)：" + buff.get()); // ④

取出一个元素,取出一个元素后position向后移动一位,也就是该Buffer的position等于1。
程序执行到⑤号代码处:

1
buff.clear(); // ⑤

Buffer调用clear()方法将position设为0,将limit设为与capacity相等。执行clear()方法后的Buffer示意图如图15.20所示。
这里有一张图片

根据索引获取值的get方法不会影响position

从图15.20中可以看出,对Buffer执行clear方法后,该Buffer对象里的数据依然存在,所以程序在⑥号代码处依然可以取出位置为2的值,也就是字符c。因为⑥号代码:

1
2
System.out.println("执行clear()后，缓冲区内容并没有被清除：" +
    "第三个元素为：" + buff.get(2)); // ⑥

采用的是根据索引来取值的方式,所以该方法不会影响Buffer的position.

普通Buffer 直接Buffer

通过allocate方法创建的Buffer对象是普通Buffer.
ByteBuffer还提供了一个allocateDirect()方法来创建直接Buffer。直接Buffer的创建成本比普通Buffer的创建成本高,但直接Buffer的读取效率更高。

只有在ByteBuffer级别上才能创建直接Buffer

由于直接Buffer的创建成本很高,所以**直接Buffer只适用于长生存期的Buffer,而不适用于短生存期、一次用完就丢弃的Buffer。而且只有ByteBuffer才提供了allocateDirect()方法,所以只有在ByteBuffer级别上才能创建直接Buffer。如果希望使用其他类型,则应该将该直接Buffer**转换成其他类型的Buffer。

方法 描述
static ByteBuffer allocateDirect(int capacity) Allocates a new direct byte buffer.