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緩沖區基礎

抽象類Buffer是java.nio包支持緩沖區的基礎。 Buffer 的工作方式就象內存中用于讀寫基本數據類型的 RandomAccessFile 。象 RandomAccessFile 一樣，使用 Buffer ，所執行的下一個操作（讀／寫）在當前某個位置發生。執行讀／寫操作中的任一個都會改變那個位置，所以在寫操作之后進行讀操作不會讀到剛才所寫的內容，而會讀到剛才所寫內容之后的數據。 Buffer 提供了四個指示方法，用于訪問線性結構（從最高值到最低值）：

capacity() ：表明緩沖區的容量大小, 一旦確定了大小, 將不能再改變;
limit() ：告訴您到目前為止已經往緩沖區填了多少字節，或者讓您用 :limit(int newLimit) 來改變這個限制
position() ：告訴您當前的位置，以執行下一個讀／寫操作
mark() ：為了稍后用 reset() 進行重新設置而記住某個位置
flip() ：交換限制指針和位置指針，然后將位置置為 0，并廢棄已經做的mark標記

緩沖區的基本操作是讀 get() 和寫 put() ；然而，這些方法在子類中都是針對每種數據類型的特定方法。為了說明這一情況，讓我們研究一個簡單示例，該示例演示了從同一個緩沖區讀和寫一個字符。在清單 1 中， flip() 方法交換限制和位置，然后將位置置為 0，并廢棄標記，讓您讀剛才所寫的數據：

清單 1. 讀／寫示例
import java.nio.*;
...
CharBuffer buff = ...;
buff.put('A');
buff.flip();
char c = buff.get();
System.out.println("An A: " + c);
 

現在讓我們研究一些具體的 Buffer 子類。

緩沖區類型

Merlin 具有 7 種特定的 Buffer 類型，每種類型對應著一個基本數據類型（不包括 boolean）：

ByteBuffer       //存放任何除boolean類型外的其他基本類型
CharBuffer       //存放char
DoubleBuffer     //存放double
FloatBuffer      //存放float
IntBuffer        //存放int
LongBuffer       //存放long
ShortBuffer      //存放short

在本文后面，我將討論第 8 種類型 MappedByteBuffer ，它用于內存映射文件。如果您必須使用的類型不是這些基本類型，則可以先從 ByteBuffer 獲得字節類型，然后將其轉換成 Object 或其它任何類型。


創建緩沖區
一共有兩種類型的緩沖區，直接緩沖區和非直接緩沖區。

在創建緩沖區時，可以要求創建直接緩沖區，創建直接緩沖區的成本要比創建間接緩沖區高，但這可以使運行時環境直接在該緩沖區上進行較快的本機 I/O 操作。因為創建直接緩沖區所增加的成本，所以直接緩沖區只用于長生存期的緩沖區，而不用于短生存期、一次性且用完就丟棄的緩沖區。而且，只能在 ByteBuffer 這個級別上創建直接緩沖區，如果希望使用其它類型，則必須將 Buffer 轉換成更具體的類型。

判斷一個緩沖區是否是直接緩沖區，可以調用isDirect()方法。

有三種方式來獲取一個緩沖區的對象：
a. 調用allocate()或者allocateDirect()方法直接分配，其中allocateDirect()返回的是直接緩沖區。
b. 包裝一個數組，如：
      byte[] b = new byte[1024];
      ByteBuffer bb = ByteBuffer.wrap(b);
c. 內存映射，即調用FileChannel的map()方法。

緩沖區基本屬性
這幾個屬性是每個緩沖區都有的并且是常用的操作。
a. 容量(capacity),緩沖區大小
b. 限制(limit),第一個不應被讀取或寫入的字節的索引，總是小于容量。
c. 位置(position)，下一個被讀取或寫入的字節的索引，總是小于限制。
d. clear()方法：設置limit為capacity，position為0。
e. filp()方法：設置limit為當前position，然后設置position為0。
f. rewind()方法：保持limit不變，設置position為0。

緩沖區數據操作
操作包括了讀取和寫入數據兩種。
讀取數據使用get()及其系列方法，除boolean外，每一種類型包括了對應的get()方法，如getInt(),getChar()等，get()方法用來讀取字節，支持相對和絕對索引兩種方式。
寫入數據使用put()及其系列方法，和get()方法是對應的。

package nio;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class BufferDemo ...{

    
    public static void main(String[] args) throws Exception...{
        //分配一個非直接緩沖區
        ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(100);
        //向緩沖區寫入0到100的字節制
        for(int i = 0; i <100; i++)...{
            byte b = (byte) (Math.random() * 100);
            bb.put(b);
        }
        
        System.out.println("寫入文件前的緩沖區數據");
        bb.flip();
        while(bb.hasRemaining())
            System.out.print(bb.get() + " ");
        System.out.println();
        
        //獲取一個關聯到文件buffer.txt的信道
        FileChannel fc = new FileOutputStream("buffer.txt").getChannel();
        //將緩沖區數據寫到文件中
        bb.flip();
        fc.write(bb);
        //防止緩存
        fc.force(true);
        //關閉信道
        fc.close();
        bb = null;
        fc = null;
        
        //下面從文件中讀取數據
        fc = new FileInputStream("buffer.txt").getChannel();
        ByteBuffer bb2 = ByteBuffer.allocate((int) fc.size());
        fc.read(bb2);
        System.out.println("從文件讀取的緩沖區數據");
        bb2.flip();
        while(bb2.hasRemaining())
            System.out.print(bb2.get() + " ");
        System.out.println();
        fc.close();
        bb2 = null;
        fc = null;
        

    }

}

內存映射文件

第 8 種 Buffer 類型 MappedByteBuffer 只是一種特殊的 ByteBuffer 。 MappedByteBuffer 將文件所在區域直接映射到內存。通常，該區域包含整個文件，但也可以只映射部分文件。所以，必須指定要映射文件的哪部分。而且，與其它 Buffer 對象一樣，這里沒有構造函數；必須讓 java.nio.channels.FileChannel 的 map() 方法來獲取 MappedByteBuffer 。此外，無需過多涉及通道就可以用 getChannel() 方法從 FileInputStream 或 FileOutputStream 獲取 FileChannel 。通過從命令行傳入文件名來讀取文本文件的內容，清單 4 顯示了 MappedByteBuffer ：

清單 4. 讀取內存映射文本文件
import java.io.*;
import java.nio.*;
import java.nio.channels.*;
import java.nio.charset.*;
public class ReadFileBuff {
  public static void main(String args[]) throws IOException {
     if (args.length != 0) {
      String filename = args[0];
      FileInputStream fis = new FileInputStream(filename);
      FileChannel channel = fis.getChannel();
      int length = (int)channel.size();
      MappedByteBuffer byteBuffer =
        channel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, length);
      Charset charset = Charset.forName("ISO-8859-1");
      CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();
      CharBuffer charBuffer = decoder.decode(byteBuffer);
      for (int i=0, n=charBuffer.length(); i<n; i++) {
        System.out.print(charBuffer.get());
      }
    }
  }
}