java.nio.ByteBuffer 类 缓冲区

本文详细介绍了Java NIO中的ByteBuffer类及其实现原理。包括Buffer的基本概念、属性及其操作方法,如clear、flip和rewind等。同时,探讨了ByteBuffer的创建方式、字节序的设置与获取,以及如何通过ByteBuffer进行不同类型数据的读写。
Buffer 类

定义了一个可以线性存放primitive type数据的容器接口。Buffer主要包含了与类型(byte, char…)无关的功能。
值得注意的是Buffer及其子类都不是线程安全的。

每个Buffer都有以下的属性:

capacity
这个Buffer最多能放多少数据。capacity一般在buffer被创建的时候指定。

limit
在Buffer上进行的读写操作都不能越过这个下标。当写数据到buffer中时,limit一般和capacity相等,当读数据时,
limit代表buffer中有效数据的长度。

position
读/写操作的当前下标。当使用buffer的相对位置进行读/写操作时,读/写会从这个下标进行,并在操作完成后
buffer会更新下标的值。

mark
一个临时存放的位置下标。调用mark()会将mark设为当前的position的值,以后调用reset()会将position属性设
置为mark的值。mark的值总是小于等于position的值,如果将position的值设的比mark小,当前的
mark值会被抛弃掉。

这些属性总是满足以下条件:
0 <= mark <= position <= limit <= capacity

limit和position的值除了通过limit()和position()函数来设置,也可以通过下面这些函数来改变:

Buffer clear()
把position设为0,把limit设为capacity,一般在把数据写入Buffer前调用。

Buffer flip()
把limit设为当前position,把position设为0,一般在从Buffer读出数据前调用。

Buffer rewind()
把position设为0,limit不变,一般在把数据重写入Buffer前调用。

Buffer对象有可能是只读的,这时,任何对该对象的写操作都会触发一个ReadOnlyBufferException。
isR
eadOnly()方法可以用来判断一个Buffer是否只读。


ByteBuffer 类

在Buffer的子类中,ByteBuffer是一个地位较为特殊的类,因为在java.io.channels中定义的各种channel的IO
操作基本上都是围绕ByteBuffer展开的。

ByteBuffer定义了4个static方法来做创建工作:

ByteBuffer allocate(int capacity) //创建一个指定capacity的ByteBuffer。
ByteBuffer allocateDirect(int capacity) //创建一个direct的ByteBuffer,这样的ByteBuffer在参与IO操作时性能会更好
ByteBuffer wrap(byte [] array)
ByteBuffer wrap(byte [] array, int offset, int length) //把一个byte数组或byte数组的一部分包装成ByteBuffer。

ByteBuffer定义了一系列get和put操作来从中读写byte数据,如下面几个:
byte get()
ByteBuffer get(byte [] dst)
byte get(int index)
ByteBuffer put(byte b)
ByteBuffer put(byte [] src)
ByteBuffer put(int index, byte b)
这些操作可分为绝对定位和相对定为两种,相对定位的读写操作依靠position来定位Buffer中的位置,并在操
作完成后会更新position的值。在其它类型的buffer中,也定义了相同的函数来读写数据,唯一不同的就是一
些参数和返回值的类型。

除了读写byte类型数据的函数,ByteBuffer的一个特别之处是它还定义了读写其它primitive数据的方法,如:

int getInt()       //从ByteBuffer中读出一个int值。
ByteBuffer putInt(int value)     // 写入一个int值到ByteBuffer中。

读写其它类型的数据牵涉到字节序问题,ByteBuffer会按其字节序(大字节序或小字节序)写入或读出一个其

类型的数据(int,long…)。字节序可以用order方法来取得和设置:
ByteOrder order() //返回ByteBuffer的字节序。
ByteBuffer order(ByteOrder bo)   //设置ByteBuffer的字节序。

ByteBuffer另一个特别的地方是可以在它的基础上得到其它类型的buffer。如:
CharBuffer asCharBuffer()
为当前的ByteBuffer创建一个CharBuffer的视图。在该视图buffer中的读写操作会按照ByteBuffer的字节
序作用到ByteBuffer中的数据上。

用这类方法创建出来的buffer会从ByteBuffer的position位置开始到limit位置结束,可以看作是这段数据
的视图。视图buffer的readOnly属性和direct属性与ByteBuffer的一致,而且也只有通过这种方法,才可
以得到其他数据类型的direct buffer。

ByteOrder
用来表示ByteBuffer字节序的类,可将其看成java中的enum类型。主要定义了下面几个static方法和属性:
ByteOrder BIG_ENDIAN       代表大字节序的ByteOrder。
ByteOrder LITTLE_ENDIAN       代表小字节序的ByteOrder。
ByteOrder nativeOrder()       返回当前硬件平台的字节序。

MappedByteBuffer
ByteBuffer的子类,是文件内容在内存中的映射。这个类的实例需要通过FileChannel的map()方法来创建。

接下来看看一个使用ByteBuffer的例子,这个例子从标准输入不停地读入字符,当读满一行后,将收集的字符
写到标准输出:

    public static void main(String [] args)
       throws IOException
    {
       // 创建一个capacity为256的ByteBuffer
       ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(256);
       while (true) {
           // 从标准输入流读入一个字符
           int c = System.in.read();
           // 当读到输入流结束时,退出循环
           if (c == -1)
              break;
           // 把读入的字符写入ByteBuffer中
           buf.put((byte) c);
           // 当读完一行时,输出收集的字符
           if (c == '\n') {
              // 调用flip()使limit变为当前的position的值,position变为0,
              // 为接下来从ByteBuffer读取做准备
              buf.flip();
              // 构建一个byte数组
              byte [] content = new byte[buf.limit()];
              // 从ByteBuffer中读取数据到byte数组中
              buf.get(content);
               // 把byte数组的内容写到标准输出
              System.out.print(new String(content));
              // 调用clear()使position变为0,limit变为capacity的值,
              // 为接下来写入数据到ByteBuffer中做准备
              buf.clear();
           }
      }
    }

<think>我们正在处理一个关于Java中IllegalArgumentException异常的问题,特别是与ByteBuffer的limit相关。根据用户的问题,我们需要分析IllegalArgumentException在ByteBuffer操作中出现的常见原因,并提供解决方法。 首先,回顾一下引用内容: 引用[1]提到了ByteBuffer的两种实现:HeapByteBuffer(堆内)和DirectByteBuffer(堆外)。在操作ByteBuffer时,我们需要注意其状态(位置、限制、容量等)。 用户问题中的关键短语:"Buffer limit ByteBuffer limit error cause fix",表明用户遇到了由于ByteBuffer的limit设置不当导致的IllegalArgumentException异常。 常见原因分析: 1. 在调用ByteBuffer的put或get方法时,如果操作的位置超过了当前limit,就会抛出IllegalArgumentException。 2. 在调整ByteBuffer的limit时,如果设置的limit大于容量(capacity)或者小于0,也会抛出此异常。 3.创建ByteBuffer视图(如slice或duplicate)时,如果原始缓冲区的limit设置不正确,也可能导致后续操作抛出异常。 解决方法: 1. 检查操作前的位置(position)和限制(limit):确保在读写操作时,position小于limit,并且操作的数据量不超过剩余空间(limit - position)。 2. 调整limit时,确保新limit在[0, capacity]范围内。可以使用`Buffer.limit(int newLimit)`方法,但传入的值必须满足:0 <= newLimit <= capacity。 3. 使用flip()或rewind()等方法正确设置limit,特别是在读写转换时。 示例代码: 假设我们有一个ByteBuffer,我们想写入数据,然后读取它。如果设置不当,可能会抛出异常。 ```java ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10); // 容量10,位置0,限制10 // 写入数据 buffer.put((byte)1); buffer.put((byte)2); // 切换到读取模式 buffer.flip(); // 设置limit为当前位置(2),位置重置为0 // 读取数据 byte b1 = buffer.get(); // 成功读取第一个字节 byte b2 = buffer.get(); // 成功读取第二个字节 // 现在再尝试读取,就会抛出异常,因为position已经等于limit try { byte b3 = buffer.get(); // 抛出BufferUnderflowException(是RuntimeException,但IllegalArgumentException可能在其他操作中出现) } catch (BufferUnderflowException e) { // 处理 } // 但是,如果我们错误地设置了limit,比如: buffer.limit(20); // 尝试设置limit为20,而容量只有10,则会抛出IllegalArgumentException ``` 在上面的例子中,设置limit超过容量会抛出IllegalArgumentException。 因此,正确的做法是: - 在设置limit时,确保新limit不超过容量。 - 在读写操作前,确保position和limit设置正确。 另外,注意在创建视图时,原始缓冲区的limit会影响视图的初始状态。例如,slice()方法创建一个新的ByteBuffer,其范围是从原始缓冲区的当前位置到limit。所以原始缓冲区的limit设置必须正确(当前位置<=limit<=容量)。 总结: IllegalArgumentException在ByteBuffer操作中通常是由于参数超出允许范围(如设置limit超出容量)导致的。解决方法是检查并确保在操作ByteBuffer时,所有参数(特别是position和limit)都在合法范围内。 相关问题: 1. 如何正确设置ByteBuffer的position和limit? 2. ByteBuffer的flip()、rewind()和clear()方法有什么区别? 3.NIO编程中,如何避免常见的ByteBuffer操作错误?</think>### Java中IllegalArgumentException: Buffer limit异常分析与解决 `java.lang.IllegalArgumentException: Buffer limit`异常通常发生在操作`ByteBuffer`时违反了其状态限制规则。以下是常见原因和解决方法: #### 常见原因 1. **越界操作**: - 读取/写入时`position`超过`limit` - 设置`limit > capacity`或`limit < position` - 示例:`ByteBuffer.limit(100)`但容量只有50 2. **状态转换错误**: ```java ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(10); buf.put((byte)1); // position=1, limit=10 buf.flip(); // position=0, limit=1 buf.limit(5); // 抛出异常:新limit(5) > position(0)但超过原始容量(10)❌ ``` 3. **视图操作错误**: ```java ByteBuffer original = ByteBuffer.allocate(20); original.limit(10); // 设置有效数据区 ByteBuffer slice = original.slice(); // 创建视图 slice.limit(15); // 抛出异常:视图的limit不能超过原始缓冲区限制(10)❌ ``` #### 解决方法 1. **检查边界条件**: ```java if (newLimit <= buffer.capacity() && newLimit >= buffer.position()) { buffer.limit(newLimit); // 安全设置 } ``` 2. **使用标准状态转换方法**: ```java ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(100); // 写入模式 buf.put(data); // 正确切换为读取模式 buf.flip(); // position=0, limit=原position while (buf.hasRemaining()) { byte b = buf.get(); // 安全读取 } ``` 3. **修复视图操作**: ```java ByteBuffer original = ByteBuffer.allocate(20); original.limit(10); ByteBuffer slice = original.slice(); slice.limit(slice.capacity()); // 正确:视图容量=原始limit-position ``` 4. **堆外内存特殊处理**: ```java // 创建DirectByteBuffer时指定正确大小 ByteBuffer directBuf = ByteBuffer.allocateDirect(1024); // 操作前检查剩余空间 if (directBuf.remaining() < data.length) { directBuf.clear(); // 重置缓冲区 } directBuf.put(data); ``` #### 最佳实践 1. 始终在修改`limit`前检查: ```java assert newLimit >= 0 && newLimit <= capacity(); ``` 2. 使用`Buffer`工具方法: ```java BufferUtils.checkLimit(newLimit, capacity); // 自定义校验工具 ``` 3. 结合`try-catch`处理: ```java try { buffer.limit(newLimit); } catch (IllegalArgumentException e) { // 重置缓冲区状态 buffer.clear(); // 或创建缓冲区 buffer = ByteBuffer.allocate(Math.max(buffer.capacity(), newLimit)); } ``` > **关键点**:ByteBuffer的状态由`position`(当前位置)、`limit`(操作上限)、`capacity`(总容量)共同控制,任何操作违反`0 ≤ position ≤ limit ≤ capacity`规则都会触发此异常[^1]。
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