點(diǎn)擊關(guān)注公眾號(hào)，Java干貨及時(shí)送達(dá)

作者 | 汪偉俊

出品 | Java技術(shù)迷（ID：JavaFans1024）

NIO是JDK1.4新加入的API，很多人把它稱為Not Blocking IO，意為非阻塞式IO，它是相較于傳統(tǒng)的IO方式而言的，NIO在數(shù)據(jù)打包和傳輸方式上進(jìn)行了較大的改良，增加了緩沖區(qū)、通道等等內(nèi)容，使得NIO能夠借助一個(gè)線程處理多個(gè)資源，讀寫效率也大大提升。

先來(lái)介紹NIO中的一個(gè)基本概念，緩沖區(qū)。在NIO中，任何數(shù)據(jù)的讀寫都需要借助緩沖區(qū)，你可以把緩沖區(qū)理解成一個(gè)數(shù)組，當(dāng)要寫入數(shù)據(jù)時(shí)就向數(shù)組中存值，當(dāng)要讀取數(shù)據(jù)時(shí)就從數(shù)組中取值。

創(chuàng)建緩沖區(qū)

對(duì)于緩沖區(qū)的創(chuàng)建，JDK提供了兩種方式（以字節(jié)緩沖區(qū)ByteBuffer為例）：

allocate
wrap

其中allocate用于創(chuàng)建一個(gè)指定大小的緩沖區(qū)：

@Test
public void buffer(){
    // 指定長(zhǎng)度的緩沖區(qū)
    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(5);
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        // 從緩沖區(qū)中獲取數(shù)據(jù)
        System.out.print(byteBuffer.get() + "\t");
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

0 0 0 0 0

通過(guò)緩沖區(qū)的get方法可以獲取緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，初始為數(shù)據(jù)類型的零值。

而wrap方法可以創(chuàng)建一個(gè)指定內(nèi)容的緩沖區(qū)：

@Test
public void buffer(){
    // 指定內(nèi)容的緩沖區(qū)
    ByteBuffer wrap = ByteBuffer.wrap("test".getBytes());
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        System.out.print((char) wrap.get() + "\t");
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

t e s t

那么緩沖區(qū)內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)是如何的呢？數(shù)據(jù)的存取是怎樣進(jìn)行的呢？你需要了解緩沖區(qū)中的幾個(gè)標(biāo)記：

position：當(dāng)前索引位置
limit：最大索引位置
capacity：緩沖區(qū)的總?cè)萘?/section>
remaining：緩沖區(qū)的剩余容量

來(lái)創(chuàng)建一個(gè)容量為10的緩沖區(qū)，然后分別輸出這些標(biāo)記的值：

@Test
public void buffer(){
    ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(10);
    System.out.print(allocate.position() + "\t"); // 當(dāng)前索引位置
    System.out.print(allocate.limit() + "\t"); // 最大索引位置，初始等于緩沖區(qū)大小
    System.out.print(allocate.capacity() + "\t"); // 返回緩沖區(qū)的總長(zhǎng)度
    System.out.print(allocate.remaining() + "\t"); // 剩余能操作的容量（limit - position）
}

運(yùn)行結(jié)果：

0 10 10 10

每個(gè)標(biāo)記的位置如下圖所示：

position指向的是當(dāng)前索引位置，當(dāng)向緩沖區(qū)中添加數(shù)據(jù)時(shí)，position便會(huì)隨之移動(dòng)，而limit指向的是最大索引位置（初始等于capacity），即position最大不會(huì)等于limit，remaining為緩沖區(qū)的剩余容量，remaining = limit - position。

向緩沖區(qū)添加數(shù)據(jù)

現(xiàn)在向緩沖區(qū)添加一個(gè)數(shù)據(jù)：

// 向緩沖區(qū)添加一個(gè)字節(jié)
allocate.put((byte) 97);

此時(shí)緩沖區(qū)標(biāo)記會(huì)如何變化呢？首先position會(huì)右移一位，然后remaining變?yōu)?，其它的不影響，如下圖所示：

我們可以試驗(yàn)一下是不是這樣：

@Test
public void buffer(){
    ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(10);
    // 向緩沖區(qū)添加一個(gè)字節(jié)
    allocate.put((byte) 97);
    System.out.print(allocate.position() + "\t");
    System.out.print(allocate.limit() + "\t");
    System.out.print(allocate.capacity() + "\t");
    System.out.print(allocate.remaining() + "\t");
}

運(yùn)行結(jié)果：

1 10 10 9

結(jié)果正如我們所料。

緩沖區(qū)的put方法還能夠傳遞一個(gè)數(shù)組，將一串?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行添加：

// 向緩沖區(qū)添加一個(gè)字節(jié)
allocate.put("0123456789".getBytes());

若是當(dāng)前緩沖區(qū)已經(jīng)滿了，則再向一個(gè)滿的緩沖區(qū)添加數(shù)據(jù)會(huì)拋出異常：

@Test
public void buffer(){
    ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(10);
    allocate.put("0123456789".getBytes());
    allocate.put((byte) 1);
}

運(yùn)行結(jié)果：

java.nio.BufferOverflowException
 at java.nio.Buffer.nextPutIndex(Buffer.java:521)
    at java.nio.HeapByteBuffer.put(HeapByteBuffer.java:169)
    at com.wwj.nio.BufferDemo.buffer(BufferDemo.java:144)

通過(guò)緩沖區(qū)的hasRemaining方法可以判斷當(dāng)前緩沖區(qū)是否還能夠繼續(xù)添加數(shù)據(jù)：

@Test
public void buffer(){
    ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(10);
    System.out.println(allocate.hasRemaining());
    allocate.put("0123456789".getBytes());
    System.out.println(allocate.hasRemaining());
}

運(yùn)行結(jié)果：

true
false

緩沖區(qū)支持動(dòng)態(tài)修改標(biāo)記位置，以達(dá)到重新寫入的需求：

@Test
public void buffer(){
    ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(10);
    allocate.put("0123456789".getBytes());
    // 修改當(dāng)前索引位置
    allocate.position(0);
    allocate.put((byte) 1);
    System.out.print(allocate.position() + "\t");
    System.out.print(allocate.limit() + "\t");
    System.out.print(allocate.capacity() + "\t");
    System.out.print(allocate.remaining() + "\t");
}

運(yùn)行結(jié)果：

1 10 10 9

把position位置修改為0之后，又相當(dāng)于對(duì)一個(gè)空的緩沖區(qū)進(jìn)行操作了。

讀取緩沖區(qū)數(shù)據(jù)

接下來(lái)介紹一下緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的讀取，在最開(kāi)始我們已經(jīng)使用過(guò)get方法來(lái)讀取緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)了，如下：

@Test
public void buffer() {
    ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(10);
    allocate.put("0123".getBytes());
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        System.out.print(allocate.get() + "\t");
    }
}

大家可以猜一猜運(yùn)行結(jié)果是什么呢：

0 0 0 0

也許有同學(xué)很奇怪，為什么添加的數(shù)據(jù)沒(méi)有被讀取出來(lái)，其實(shí)，如果你掌握了緩沖區(qū)中的標(biāo)記，就能明白是為什么。

在創(chuàng)建了一個(gè)容量為10的緩沖區(qū)之后，標(biāo)記如下圖所示：

當(dāng)向緩沖區(qū)添加了一個(gè)字節(jié)數(shù)組后，標(biāo)記發(fā)生了變化：

此時(shí)我們調(diào)用get方法進(jìn)行讀取，它將從position位置也就是索引4位置開(kāi)始往后讀取，這樣讀取到的數(shù)據(jù)當(dāng)然就是0了，若是想讀取添加到緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，則需要將position移動(dòng)到索引0位置才行，不過(guò)JDK已經(jīng)提供了這樣的方法給我們：

@Test
public void buffer() {
    ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(10);
    allocate.put("0123".getBytes());
    // 切換為讀模式
    allocate.flip();
    for (int i = 0; i < allocate.limit(); i++) {
        System.out.print((char) allocate.get() + "\t");
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

0 1 2 3

查看一下flip方法的源碼：

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

關(guān)鍵就在于limit = position和position = 0，通過(guò)改變這兩個(gè)標(biāo)記后：

position重新回到了索引0的位置，這樣就可以進(jìn)行正常的讀取了，而limit也修改為了寫入數(shù)據(jù)的末尾位置，可以通過(guò)判斷l(xiāng)imit來(lái)終止讀取條件。

與寫入數(shù)據(jù)一樣，緩沖區(qū)在讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候，也會(huì)不停地移動(dòng)position，當(dāng)所有數(shù)據(jù)都被讀取后，再次讀取數(shù)據(jù)將會(huì)拋出異常，因?yàn)閜osition必須小于等于limit：

@Test
public void buffer() {
    ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(10);
    allocate.put("0123".getBytes());
    // 切換為讀模式
    allocate.flip();
    for (int i = 0; i < allocate.limit(); i++) {
        System.out.print((char) allocate.get() + "\t");
    }
    allocate.get();
}

運(yùn)行結(jié)果：

0 1 2 3 
java.nio.BufferUnderflowException
 at java.nio.Buffer.nextGetIndex(Buffer.java:500)
 at java.nio.HeapByteBuffer.get(HeapByteBuffer.java:135)
 at com.wwj.nio.BufferDemo.buffer(BufferDemo.java:148)

但是通過(guò)索引讀取數(shù)據(jù)將不會(huì)判斷position是否小于等于limit，也不會(huì)移動(dòng)position：

@Test
public void buffer() {
    ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(10);
    allocate.put("0123".getBytes());
    // 切換為讀模式
    allocate.flip();
    for (int i = 0; i < allocate.limit(); i++) {
        System.out.print((char) allocate.get() + "\t");
    }
    // 通過(guò)索引讀取數(shù)據(jù)
    System.out.println((char) allocate.get(1));
}

運(yùn)行結(jié)果：

0 1 2 3 1

數(shù)據(jù)讀取完畢后，若是想重新對(duì)該緩沖區(qū)進(jìn)行讀取，則可以將position手動(dòng)置為0，也可以調(diào)用JDK提供的方法：

// 調(diào)用rewind方法可以將當(dāng)前索引重置為0
allocate.rewind();

rewind方法內(nèi)部也是對(duì)position進(jìn)行賦值為0的操作：

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

若是想重新對(duì)緩沖區(qū)進(jìn)行寫入，則調(diào)用clear方法：

// 切換寫模式，此時(shí)會(huì)將當(dāng)前索引置為0，將最大索引置為緩沖區(qū)容量
allocate.clear();

注意rewind方法和clear方法的區(qū)別，它們雖然都會(huì)將position置為0，但是clear方法還會(huì)將limit置為capacity的值，所以當(dāng)想要再次讀取緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)時(shí)，則可以調(diào)用rewind方法；當(dāng)想要再次寫入數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)時(shí)，則可以調(diào)用clear方法。

來(lái)驗(yàn)證一下：

@Test
public void buffer() {
    ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(10);
    allocate.put("0123".getBytes());
    // 切換為讀模式
    allocate.flip();
    for(int i = 0;i <allocate.limit();++i){
        allocate.get();
    }
    System.out.print("position:" + allocate.position() + "\t");
    System.out.print("limit:" + allocate.limit() + "\t");
    System.out.print("capacity:" + allocate.capacity() + "\t");
    System.out.print("remaining:" + allocate.remaining() + "\t");
    System.out.println();

    allocate.rewind();
    System.out.print("position:" + allocate.position() + "\t");
    System.out.print("limit:" + allocate.limit() + "\t");
    System.out.print("capacity:" + allocate.capacity() + "\t");
    System.out.print("remaining:" + allocate.remaining() + "\t");
    System.out.println();

    allocate.clear();
    System.out.print("position:" + allocate.position() + "\t");
    System.out.print("limit:" + allocate.limit() + "\t");
    System.out.print("capacity:" + allocate.capacity() + "\t");
    System.out.print("remaining:" + allocate.remaining() + "\t");
}

運(yùn)行結(jié)果：

position:4  limit:4  capacity:10  remaining:0 
position:0  limit:4  capacity:10  remaining:4 
position:0  limit:10 capacity:10  remaining:10

    
往
期
推
薦
1、2點(diǎn)睡10點(diǎn)起不算熬夜？
2、被捧上天的Scrum敏捷管理為何不受大廠歡迎了？
3、離大譜！win10/11又爆多個(gè)離奇Bug，速看避坑！
4、你為什么不交女朋友，是因?yàn)椴幌雴?？?/a>
5、微軟欲閉源VS Code的C#擴(kuò)展惹眾怒
6、上能寫代碼，下要“揍”黑客，還有什么不是程序員的“鍋”？
點(diǎn)分享
點(diǎn)收藏
點(diǎn)點(diǎn)贊
點(diǎn)在看

NIO之緩沖區(qū)詳解

創(chuàng)建緩沖區(qū)

向緩沖區(qū)添加數(shù)據(jù)

讀取緩沖區(qū)數(shù)據(jù)

往期推薦

往
期
推
薦