NIO之Buffer

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原创最新推荐文章于 2025-12-19 14:04:28 发布 231 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

Java NIO中的Buffer用于和NIO通道进行交互。数据是从通道读入缓冲区，从缓冲区写入到通道中的。缓冲区本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。

Buffer的基本用法

四个步骤

写入数据到Buffer
调用flip()方法
从Buffer中读取数据
调用clear()方法或者compact()方法

RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("D:/data.txt", "rw");
FileChannel fileChannel = raf.getChannel();

// 创建buffer
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
// read into buffer
int bytesRead = fileChannel.read(buf);
while (bytesRead != -1) {

    System.out.println("Read " + bytesRead);
    // 从写模式转换为读模式
    buf.flip();
    while(buf.hasRemaining()){
        System.out.print((char) buf.get());
    }
   // 清空缓存区，再次写入
    buf.clear();
    bytesRead = fileChannel.read(buf);
}
raf.close();

Buffer的类型

对于每个原始类型，都有一个缓冲区类型，所有缓冲区都可以实现缓冲区接口。大多数使用的缓冲区类型是ByteBuffer。和数组类似，具有固定的容量大小。

Buffer的分配

要想获得一个Buffer对象首先要进行分配。每一个Buffer类都有一个allocate方法。下面是一个分配48字节capacity的ByteBuffer的例子。

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

向Buffer中写数据

两种方式

从Channel写到Buffer。

int bytesRead = inChannel.read(buf); // read into buffer

通过Buffer的put()方法写到Buffer里。

 // put方法有很多版本，允许你以不同的方式把数据写入到Buffer中。
 // 例如， 写到一个指定的位置，或者把一个字节数组写入到Buffer。 更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。
buf.put(127);

从缓冲区读取数据

两种方式

从Buffer中读取数据到capacity。

// read from buffer into channel.
int bytesWritten = inChannel.write(buf);

使用get()方法从Buffer中读取数据。

// get方法有很多版本，允许你以不同的方式从Buffer中读取数据。
// 例如，从指定position读取，或者从Buffer中读取数据到字节数组。更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。
byte aByte = buf.get();  // 一次读取一个字节

Buffer的`capacity`,`position`和`limit`

Buffer有两种模式，写模式和读模式。
capacity：在读/写模式下都是固定的，就是我们分配的缓冲大小。一旦Buffer满了，需要将其清空（通过读数据或清除数据），才可以继续往里写数据。
position：类似于读/写指针，表示当前读/写的位置。初始值为0，最大值为capacity - 1。当Buffer从写模式切换道读模式时，position会被重置为0。
limit：写模式下，表示最大能写多少数据，此时和capacity相同。读模式下，表示最多能读取到多少数据，此时和缓存区的实际大小相同（写模式下的position）。

flip()

flip()：Buffer从写模式转换为读模式。position设置为Buffer的头部0，limit设置为写模式下的position，mark设置为-1
flip()源码

public final Buffer flip() {
    limit = position;
    position = 0;
    mark = -1;
    return this;
}

clear()与compact()

一旦读完Buffer中的数据，需要让Buffer准备好再次被写入。可以通过clear()或compact()方法来完成。
clear()：表示Buffer被清空了，position被设置为0，limit被设置为capacity。Buffer中的数据被没有清空，只是这些标记可以告诉我们可以从哪里开始往Buffer写数据了。如果有数据还没被读取，调用clear()后，数据会被遗忘，没有任何标记可以告诉你那些已被读取，那些还没有被读取。
compact()：如果Buffer有未读数据且后续还需要这些数据，那么compact()将保留这些未读数据。此时，会将未读的数据复制到Buffer的开头处，并将position设置为最后一个未读元素的后面。limit设置为capacity。

mark()和reset()

mark()：标记Buffer中一个特定的position。
reset()：恢复到mark()标记的position。

buffer.mark(); // 标记position
buffer.reset();  // 恢复到mark()标记处

equals()和compareTo()

剩余元素指Buffer中position到limit之间的元素。
equals()
当满足以下两个条件时，说明两个Buffer相等：当满足以下两个条件时，说明两个Buffer相等：
1. 相同的类型(byte, char, int等)；
2. Buffer中剩余的byte，char等元素个数相等；
3. Buffer中剩余的byte，char等元素都相同；
4. equals()只比较Buffer中的部分元素（剩余的元素），并不是比较Buffer中的全部元素。
compareTo()
compareTo()方法比较两个Buffer的剩余元素(byte、char等)，如果满足下列条件，则认为一个Buffer“小于”另一个Buffer：
1. 第一个不相等的元素小于另一个Buffer中对应的元素。
2. 所有元素都相等，但第一个Buffer比另一个先耗尽(第一个Buffer的元素个数比另一个少)。

rewind()

表示重读Buffer中的所有数据。position置为0，limit保持不变。同时取消mark()标记。
源码

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

Scatter/Gather

用于描述从Channel中读取或写入到Channel的操作。

`Scatter（分散）`

指在读操作时，将从Channel中读取的数据分散到多个Buffer中。
scatter

示例

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body   = ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };
channel.read(bufferArray);

Buffer首先被插入到数组，然后将数组作为channel.read()的参数。read()方法将将从Channel中的读取的数据按照Buffer在数组中的顺序依次插入，当前一个Buffer被写满后，才会向下一个Buffer中写入。
Scattering Reads在移动下一个buffer前，必须填满当前的buffer，这也意味着它不适用于动态消息(消息大小不固定)。换句话说，如果存在消息头和消息体，消息头必须完成填充（例如 128byte），Scattering Reads才能正常工作。

`Gathering Writes`

指在写操作时，将多个Buffer中的数据聚集起来，一起写入到Channel中。
Gather

示例

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body   = ByteBuffer.allocate(1024);
//write data into buffers
ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };
channel.write(bufferArray);

buffers数组是write()方法的入参，write()方法会按照buffer在数组中的顺序，将数据写入到channel，注意只有position和limit之间的数据才会被写入。因此，如果一个buffer的容量为128byte，但是仅仅包含58byte的数据，那么这58byte的数据将被写入到channel中。因此与Scattering Reads相反，Gathering Writes能较好的处理动态消息。