【NIO】4. ByteBuffer的几个重要方法

1. 分配内存（allocate vs allocateDirect）

从内存中划分一块区域给ByteBuffer有两种方式

• 方式一：从【JVM堆内存】中分配；
• 方式二：从【直接内存】中分配（操作系统内存）；

JVM堆内存的读写效率比直接内存低；因为

• JVM堆内存多一次数据拷贝；
• 堆内存受到JVM垃圾回收的影响；

public static void main(String[] args) {

        // 从【JVM堆内存】中分配
        ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(16);

        // 从【直接内存】中分配（物理内存）
        ByteBuffer allocateDirect = ByteBuffer.allocateDirect(16);

        System.out.println(allocate.getClass()); // class java.nio.HeapByteBuffer
        System.out.println(allocateDirect.getClass()); // class java.nio.DirectByteBuffer

    }

对比项	allocate（堆）	allocateDirect（直接）
内存位置	JVM 堆	堆外（OS 内存）
分配/回收速度	快	慢
I/O 性能	较低（需复制）	高（零拷贝）
适用场景	普通场景	高频 I/O、大文件

2. 向Buffer写入数据

2.1 从Channel中读取数据并写入Buffer

public static void main(String[] args) {
        try(FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("src/main/resources/Buffer01_HelloWorld.txt")) {
            // 获取文件channel
            FileChannel channel = fileInputStream.getChannel();

            // 从内存中分配一个buffer，大小为10个字节
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(10);

            // 从channel中读取数据，并写到buffer中
            channel.read(byteBuffer);


        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

2.2 调用Buffer的put方法

public static void main(String[] args) {
        // 从内存中分配一个buffer，大小为10个字节
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(10);

        // 写入一个byte
        byteBuffer.put((byte) 1);

        // 写入byte数组
        byteBuffer.put("abc".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
    }

3. 从Buffer中读取数据

注意：在从buffer中读取数据之前，必须调用flip方法切换到读模式！

3.1 从Buffer中读取数据，写入Channel

public static void main(String[] args) {
        try (FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("src/main/resources/test.txt")) {
            // 获取文件channel
            FileChannel channel = fileOutputStream.getChannel();

            // 从内存中分配一个buffer
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(10);

            // 向buffer中写入数据
            byteBuffer.put("abc".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

            // 切换到buffer的读模式
            byteBuffer.flip();

            // 从buffer中读取数据，写入channel
            int write = channel.write(byteBuffer);

            // 打印写入的字节数：3
            System.out.println(write);

        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

3.2 调用Buffer的get(index)方法，获取指定索引位置的数据

该方法不会移动position的位置，就像操作数组一样，可以重复读取；

public static void main(String[] args) {
        // 从内存中分配一个buffer
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(10);

        // 向buffer中写入数据
        byteBuffer.put("abc".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

        // 切换到buffer的读模式
        byteBuffer.flip();

        // get(index)，不会移动position的位置，就像操作数组一样，可以重复读取；
        System.out.println(byteBuffer.get(0)); // 97
        System.out.println(byteBuffer.get(1)); // 98
        System.out.println(byteBuffer.get(2)); // 99
        System.out.println(byteBuffer.get(0)); // 97
    }

3.3 调用Buffer的get()方法，获取当前position位置的数据

该方法会让position移动，当读取完Buffer中的数据后，position也移动到Buffer的末尾，此时再读取就会出异常：java.nio.BufferUnderflowException

public static void main(String[] args) {
        // 从内存中分配一个buffer
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(10);

        // 向buffer中写入数据
        byteBuffer.put("abc".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

        // 切换到buffer的读模式
        byteBuffer.flip();

        // get()，会让position移动
        System.out.println(byteBuffer.get());
        System.out.println(byteBuffer.get());
        System.out.println(byteBuffer.get());

        System.out.println(byteBuffer.get());
        
    }

输出结果

"C:\Program Files\Java\jdk-1.8\bin\java.exe" ...
97
98
99
Exception in thread "main" java.nio.BufferUnderflowException
	at java.nio.Buffer.nextGetIndex(Buffer.java:524)
	at java.nio.HeapByteBuffer.get(HeapByteBuffer.java:138)
	at com.xxx.xxx.main(xxx.java:26)

Process finished with exit code 1

如果想重复读取数据，可以调用rewind方法，将position重新置为0；

public static void main(String[] args) {
        // 从内存中分配一个buffer
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(10);

        // 向buffer中写入数据
        byteBuffer.put("abc".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

        // 切换到buffer的读模式
        byteBuffer.flip();

        // get()，会让position移动
        System.out.println(byteBuffer.get()); //97
        System.out.println(byteBuffer.get()); //98
        System.out.println(byteBuffer.get()); //99

        // 调用rewind方法，将position重新置为0
        byteBuffer.rewind();

        System.out.println(byteBuffer.get()); //97

    }

4. mark & reset

• mark()：使用变量mark，记住当前position的值；
• reset()：将position的值重新设为mark；

public static void main(String[] args) {
        // 从内存中分配一个buffer
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(10);

        // 向buffer中写入数据
        byteBuffer.put("abc".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

        // 切换到buffer的读模式
        byteBuffer.flip();

        // 使用变量mark，记住当前position的值，当前position 即0；
        System.out.println(byteBuffer.mark());

        // get()，会让position移动
        System.out.println(byteBuffer.get());
        System.out.println(byteBuffer.get());
        System.out.println(byteBuffer.get());

        // 将position的值重新设为mark，即0；
        System.out.println(byteBuffer.reset());

        // 此时可以再次从头读取
        System.out.println(byteBuffer.get());

    }

输出结果

"C:\Program Files\Java\jdk-1.8\bin\java.exe" ...
java.nio.HeapByteBuffer[pos=0 lim=3 cap=10]
97
98
99
java.nio.HeapByteBuffer[pos=0 lim=3 cap=10]
97

Process finished with exit code 0

5. 将字符串转为buffer

5.1 将字符串转为字节数组，写入ByteBuffer

public static void main(String[] args) {

        // 从内存中分配一个buffer
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);

        // 将字符串转为字节数组，写入buffer
        buffer.put("hello".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

        // 切换到读模式
        buffer.flip();

        System.out.println(buffer.get()); //104
        System.out.println(buffer.get()); //101
        System.out.println(buffer.get()); //108
        System.out.println(buffer.get()); //108
        System.out.println(buffer.get()); //111

    }

5.2 使用Charset的encode方法，将字符串包装成ByteBuffer

注意：在从buffer中读取数据之前，必须调用flip方法切换到读模式，

通过StandardCharsets.UTF_8.encode方法，返回ByteBuffer对象之前，已经调用过flip方法了；但是为了保证已经切换到读模式，最好再读取数据之前，显式调用flip方法；

public static void main(String[] args) {

        // 使用Charset的encode方法，将字符串包装成ByteBuffer
        // 返回ByteBuffer对象之前，已经调用过flip方法
        ByteBuffer buffer = StandardCharsets.UTF_8.encode("hello");

        // 显式调用flip方法，确保切换到读模式
        buffer.flip();

        System.out.println(buffer.get()); //104
        System.out.println(buffer.get()); //101
        System.out.println(buffer.get()); //108
        System.out.println(buffer.get()); //108
        System.out.println(buffer.get()); //111

    }

5.3 使用ByteBuffer的wrap方法，将字符串包装成ByteBuffer

public static void main(String[] args) {

        // 使用ByteBuffer的wrap方法，将字符串包装成ByteBuffer
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap("hello".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

        // 切换到读模式
        buffer.flip();

        System.out.println(buffer.get()); //104
        System.out.println(buffer.get()); //101
        System.out.println(buffer.get()); //108
        System.out.println(buffer.get()); //108
        System.out.println(buffer.get()); //111

    }

6. 分散读 & 集中写（了解）

6.1 分散读

读取文件中的内容，写入多个Buffer中。

文件内容：

owntwothree

public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("test.txt")) {

            FileChannel channel = fileInputStream.getChannel();
            
            ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.allocate(3);
            ByteBuffer buffer2 = ByteBuffer.allocate(3);
            ByteBuffer buffer3 = ByteBuffer.allocate(5);
            
            long read = channel.read(new ByteBuffer[]{buffer1, buffer2, buffer3});
            System.out.println("read bytes: " + read); // 11
            // 第一个buffer写入【one】
            // 第二个buffer写入【two】
            // 第三个buffer写入【three】

        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }

    }

6.2 集中写

将多个Buffer中的数据，写入一个文件

public static void main(String[] args) {
        ByteBuffer buffer1 = StandardCharsets.UTF_8.encode("hello"); //5 bytes
        ByteBuffer buffer2 = StandardCharsets.UTF_8.encode("world"); //5 bytes
        ByteBuffer buffer3 = StandardCharsets.UTF_8.encode("你好"); //6 bytes

        try (FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("text.txt")) {
            FileChannel channel = fileOutputStream.getChannel();

            long write = channel.write(new ByteBuffer[]{buffer1, buffer2, buffer3});
            System.out.println("write bytes: " + write); //16
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }

    }