认识缓冲区Buffer

 

数据对于输入和输出的操作耗时是非常严重的问题,如果把这个问题放入到网络上去看待更甚是值得注意的一个问题了。假如结合基础的OS知识我们也知道如果要减少这种I/O操作的耗时或者也可以说提升这种效率的话,最大的可能就是减少物理读写的次数,而且尽可能做到主存数据的重读性(操作系统也在加强说明更多减少抖动现象的产生)。

java.nio包中我们可以直接来操作相对应的API了。可以让java更加方便的直接控制和运用缓冲区。缓冲区有几个需要了解的特定概念需要详尽来解释,才能更好的知道我们下面一些列需要针对的问题实质。

属性

容量(capacity):顾名思义就是表示缓冲区中可以保存多少数据;

极限(limit):缓冲区中的当前数据终结点。不过它是可以动态改变的,这样做的好处也是充分利用重用性;

位置(position):这个也好理解,其实就是指明下一个需要读写数据的位置。

上面上个关系还可以具体用图示的方式来表达整体概念,如下图所示:


在极限的时候就说到可以修改它,所以对于它的操作由以下方法:

l         clear():首先把极限设置为容量,再者就是需要把位置设置为0

l         flip():把极限设置为位置区,再者就是需要把位置设置为0

l         rewind():不改变极限,不过还是需要把位置设置为0

最为最基础的缓冲区ByteBuffer,它存放的数据单元是字节。首先要强调的是ByteBuffer没有提供公开的构造方法,只是提供了两个静态的工厂方法。

l         allocate(int capacity):返回一个ByteBuffer对象,参数表示缓冲区容量大小。

l         allocateDirect (int capacity):返回一个ByteBuffer对象,参数也是一样表示缓冲区容量大小。

在这里需要注意的是在使用两者的时候需要特别小心,allocateDirect和当前操作系统联系的非常紧密,它牵涉到使用native method的方法,大家知道一旦本地方法就是需要考虑调用dll(动态链接库)这个时候基本也就失去了JAVA语言的特性,言外之意对于耗资源非常大。所以如果考虑到当前使用的缓存区比较庞大而且是一个长期驻留使用的,这个时候可以考虑使用它。

### 关于51单片机缓冲区的实现方案 51单片机作为一种经典的8位微控制器,在嵌入式系统中广泛应用,但由于其资源有限(如内存容量较小),在处理复杂任务时需要特别注意优化设计。对于缓冲区的设计与实现,通常涉及以下几个方面: #### 1. **硬件层面的缓冲区支持** 51单片机本身并不具备专门的硬件缓冲区机制,但可以通过外接设备扩展缓冲能力。例如,使用外部RAM芯片来增加可用存储空间[^1]。此外,还可以通过串口或其他通信接口连接具有更大缓存能力的器件,如SRAM或FIFO芯片。 #### 2. **软件层面的缓冲区管理** 当无法依赖额外硬件时,可以在程序内部定义并维护缓冲区。以下是几种常见的方法: - **静态数组作为缓冲区** 使用全局变量声明固定大小的数组充当缓冲区。这种方法简单易用,适合数据量相对稳定的应用场景。 ```c unsigned char buffer[64]; // 定义一个64字节的缓冲区 ``` - **动态分配缓冲区** 如果目标平台支持C标准库函数,则可考虑`malloc()`/`free()`等操作符创建灵活尺寸的缓冲区。不过需要注意的是,部分精简版编译器可能不完全兼容这些功能。 - **环形队列结构** 针对频繁进出的数据流(如UART收发),推荐采用循环缓冲策略以提高效率减少溢出风险。 ```c typedef struct { unsigned char data[128]; volatile uint8_t head; volatile uint8_t tail; } CircularBuffer; void init_buffer(CircularBuffer *cb){ cb->head = cb->tail = 0; } int is_full(CircularBuffer *cb){return (cb->head +1)%sizeof(cb->data)==cb->tail;} int is_empty(CircularBuffer *cb){return cb->head==cb->tail;} void push_data(CircularBuffer *cb, unsigned char byte){ if(!is_full(cb)){ cb->data[cb->head]=byte; cb->head=(cb->head+1)%sizeof(cb->data); } } unsigned char pop_data(CircularBuffer *cb){ unsigned char ret=0xFF; if(!is_empty(cb)){ ret=cb->data[cb->tail]; cb->tail=(cb->tail+1)%sizeof(cb->data); } return ret; } ``` #### 3. **中断驱动型缓冲区更新** 为了提升实时性能以及减轻CPU负担,应充分利用51系列丰富的中断源特性完成自动化的数据采集与暂存过程。比如针对RS-485通信实例提到的情况,合理配置接收完毕触发事件能够显著简化主流程逻辑[^2]。 #### 4. **双缓冲或多级缓冲技术** 面对高吞吐率需求场合下单一缓冲难以满足要求的问题,引入多重独立区域交替运作模式不失为一种有效的解决办法。它允许一边继续填充新资料的同时另一边供后续分析调用,从而避免潜在冲突现象发生。 --- ### 注意事项 尽管上述措施有助于改善51单片机上的缓冲表现,但仍需认识到该类架构存在固有的局限性——尤其是寄存器数量稀少、地址总线宽度狭窄等因素都会制约最终效果。因此实际选型阶段务必综合考量具体应用场景后再决定是否采纳此款产品替代其他更为先进的解决方案如ARM Cortex-M家族成员等等[^4]。
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