2017-12-21

Java Buffer

缓冲体系

体系

Buffer
  |-----ByteBuffer
  |         |-----HeapByteBuffer
  |         |            |-----HeapByteBufferR
  |         |
  |         |-----MappedByteBuffer
  |                      |-----DirectByteBuffer
  |                                   |-----DirectByteBufferR
  |-----CharBuffer
  |-----ShortBuffer
  |-----IntBuffer
  |-----LongBuffer
  |-----FloatBuffer
  |-----DoubleBuffer

Buffer

Buffer.java

public abstract class Buffer {
    // Invariants: mark <= position <= limit <= capacity
    private int mark = -1;
    private int position = 0;
    private int limit;
    private int capacity;
    //...
}

Buffer是一个抽象类，类内只维护一组变量，并不维护具体的数据存储，定义了各种逻辑操作

position:下一个操作的读写位置
mark:标记,可以用来提示已经处理到的位置
capacity:最大数据容量
limit:读写的上限位置，不应操作的位置索引
可操作位置[position,limit)
0 <= mark <= position <= limit <= capacity
理解上比较直观，读写不会操作到旧数据，也不会超过上限

这一组变量的大小关系需要时刻保持
设置position,如果设的比mark还小，说明设到了历史数据上，那么mark就失效废弃

Buffer.java

public final Buffer position(int newPosition) {
    //...
    position = newPosition;
    if (mark > position) mark = -1;
    return this;
}

设置limit,如果position已经越界，那么回退position到limit，如果mark越界直接失效废弃

Buffer.java

public final Buffer limit(int newLimit) {
    //...
    limit = newLimit;
    if (position > limit) position = limit;
    if (mark > limit) mark = -1;
    return this;
}

标记操作

mark只能标记下一位置，不接受参数

Buffer.java

public final Buffer mark() {
    mark = position;
    return this;
}

reset将下一操作位置设为上次标记的位置

Buffer.java

public final Buffer reset() {
    int m = mark;
    if (m < 0)
        throw new InvalidMarkException();
    position = m;
    return this;
}

重置操作

clear彻底恢复成初始状态，整个空间可用，limit与capacity相等

Buffer.java

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

flip将缓存从输入模式转成输出模式。经过一系列输入后的position就是读出的上限
典型的使用模式：输入后输出，即先read进来再write出去

Sample

buf.put(magic);
in.read(buf);
buf.flip();
out.write(buf);

Buffer.java

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

rewind重新回到起点，可以重复读出
典型使用模式：输出后再输出一遍

Sample

1
2
3

out.write(buf);
buf.rewind();
buf.get(array);

Buffer.java

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

clear,flip和rewind都重置了当前位置和标记，不同的地方在于对上限的处理

遍历

hasRemaining可作为标记实现类似迭代器遍历

1
2
3

while(buf.hasRemaining()){
    //
}

ByteBuffer

ByteBuffer是Buffer的子类，它还是抽象的，还可以进一步扩展子类

ByteBuffer.java

public abstract class ByteBuffer extends Buffer implements Comparable<ByteBuffer> {
    final byte[] hb;
    final int offset;
    boolean isReadOnly;
    //...
}

字节序

Big-Endian: 高位存低地址 0x01020304 => 01 02 03 04，01是高位存在前面，符合人类习惯
Little-Endian: 低位存低地址 0x01020304 => 04 03 02 01
ByteBuffer默认是大端顺序，网络流中也是按照大端序，先收到的是高位

创建

ByteBuffer创建提供了两种静态方法,建出两种不同类型的缓存
DirectBuffer是为channel和native IO设计，可以便于让操作系统直接使用，堆外分配内存不受GC移动位置等影响，保持稳定性和连续性
如果缓存只是用于jvm内部的操作，那么HeapByteBuffer更适用
和堆缓冲相比，直接缓冲贴近底层，读写顺序快，但是创建销毁开销很大

ByteBuffer.java

public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity) {
    return new DirectByteBuffer(capacity);
}
public static ByteBuffer allocate(int capacity) {
    if (capacity < 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    return new HeapByteBuffer(capacity, capacity);
}

堆Buffer还可以通过包装已有字节数组获得

ByteBuffer.java

public static ByteBuffer wrap(byte[] array) {
    return wrap(array, 0, array.length);
}
public static ByteBuffer wrap(byte[] array,int offset, int length) {
    try {
        return new HeapByteBuffer(array, offset, length);
    } catch (IllegalArgumentException x) {
        throw new IndexOutOfBoundsException();
    }
}

数据共享

duplicate方法，可以共享底层数据，但是单独维护各种操作位置标记，可实现多角度灵活数据处理
slice方法，局部共享，作为原来的子数据段，从position开始一直到limit，单独维护标记
asReadOnlyBuffer方法，返回只读版本，进行数据保护

压紧

compact操作，将没输出完的长度为n的部分(position和limit之间)复制到缓存的开端，position设为n,limit设为最大的capacity，这样接下来的写入就能直接接在后面，不会覆盖掉没读完的数据

Sample

buf.clear();  // Prepare buffer for use
while (in.read(buf) >= 0 || buf.position != 0) {
    buf.flip();
    out.write(buf);
    buf.compact();   // In case of partial write
}

一分也是爱~

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