Java NIO技术学习之二

在上一篇中，我们介绍了NIO中的两个核心对象：缓冲区和通道。本文为NIO入门学习的第二篇，将会分析NIO中的缓冲区Buffer的内部原理。

在谈到缓冲区时，我们说缓冲区对象本质上是一个数组，但它其实是一个特殊的数组，缓冲区对象内置了一些机制，能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况，如果我们使用get()方法从缓冲区获取数据或者使用put()方法把数据写入缓冲区，都会引起缓冲区状态的变化。

在缓冲区中，最重要的属性有下面三个，它们一起合作完成对缓冲区内部状态的变化跟踪：

position

指定了下一个将要被写入或者读取的元素索引。在从Channel读取数据到Buffer时，position变量用来跟踪截止目前为止从Channel中读出了多少数据，在从Buffer中向Channel写数据时，position变量用来跟踪截止目前为止向Channel写入了多少数据。

limit

在从Channel中读取数据到Buffer中时，limit变量指示了还剩多少空间可供存放数据，在从Buffer向Channel写数据时，limit变量指示了还剩多少数据可以写入。position正常情况下小于或者等于limit。

capacity

指示Buffer最多能够存储的数据。实际上，它指示了底层array的容量，或者至少是底层array允许使用的空间数量。Limit永远不会大于capacity。

接下来我们将逐一检查每个细节，并且也看看为什么这样的设计适合典型的读/写（输入/输出）处理。我们假设从一个Channel拷贝数据到另一个Channel。

首先新建一个容量大小为10的ByteBuffer对象，在初始化的时候，position设置为0，如果我们读一些数据到缓冲区中，那么下一个读取的数据就进入索引为0的字节。如果我们从缓冲区写一些数据，从缓冲区读取的下一个字节就来自索引为0的字节。limit和 capacity被设置为10，在以后使用ByteBuffer对象过程中，capacity的值不会再发生变化，而其它两个将会随着使用而变化。

Java NIO技术学习之二

现在我们可以从读通道中读取一些数据到缓冲区中。如果读取到4个字节数据，则此时position的值为4，即下一个将要被写入的字节索引为4，而limit仍然是10，如下图所示：

Java NIO技术学习之二

下一步把读取到的数据写入到写通道中，在此之前必须调用flip()方法，该方法将会完成两件事情：

1. 把limit设置为当前的position值

2. 把position设置为0

position 被设置为 0，这意味着我们得到的下一个字节是第一个字节。limit 已被设置为原来的 position，这意味着它包括以前读到的所有字节，并且一个字节也不多，如下图所示：

Java NIO技术学习之二

我们现在可以将数据从缓冲区写入通道了，这会导致position的增加而limit保持不变，但position不会超过limit的值，所以在读取我们之前写入到缓冲区中的4个字节之后，position和limit的值都为4，如下图所示：

Java NIO技术学习之二

在数据写入到写通道完毕后，调用clear()方法能够把所有的状态变化设置为初始化时的值，该方法将会完成两件事情：

1. 把limit设置为capacity值

2. 把position设置为0

clear()方法会重置Buffer以便接收更多的字节，如下图所示：

Java NIO技术学习之二

最后我们用一段代码来验证这个过程，如下所示：

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

public class TestBufferField {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        FileInputStream fileInStream = new FileInputStream("D:\\test1.txt");
        // 获取读通道
        FileChannel fcin = fileInStream.getChannel();

        FileOutputStream fileOutStream = new FileOutputStream("D:\\test2.txt");
        // 获取写通道
        FileChannel fcout = fileOutStream.getChannel();

        // 创建缓冲区
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
        output("初始化", buffer);

        // 从通道fcin读取数据到缓冲区
        fcin.read(buffer);
        output("调用read()", buffer);

        // 重设buffer，将limit设置为position，然后将position设置为0
        buffer.flip();
        output("调用flip()", buffer);

        // 将缓冲区中的数据写入通道fcout
        fcout.write(buffer);
        output("调用write()", buffer);

        // 重设buffer，将limit设置为容量capacity，position设置为0
        buffer.clear();
        output("调用clear()", buffer);

        fileInStream.close();
        fileOutStream.close();
    }

    public static void output(String step, Buffer buffer) {
        System.out.println(step + " : ");
        System.out.print("position: " + buffer.position() + ", ");
        System.out.print("limit: " + buffer.limit() + ", ");
        System.out.println("capacity: " + buffer.capacity());
        System.out.println();
    }

}

输出结果为：

Java NIO技术学习之二

这与我们上面演示的过程一致。在后面的文章中，我们继续介绍NIO中关于缓冲区一些更高级的使用。

参考：

Java NIO使用及原理分析（二）

NIO 入门

秒客网

Java NIO技术学习之二

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