Chapter1 通道与缓冲区 - 山那边的小木屋

1.1 缓冲区

1.1.1 概述

定义
缓冲区（Buffer）：在 Java NIO 中负责数据的存取。缓冲区就是数组。用于存储不同数据类型的数据
根据数据类型不同（boolean 除外），提供了相应类型的缓冲区：
- ByteBuffer
- CharBuffer
- ShortBuffer
- IntBuffer
- LongBuffer
- FloatBuffer
- DoubleBuffer
  上述缓冲区的管理方式几乎一致，通过 allocate() 获取缓冲区:
```
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
```

1.1.2 缓冲区中的四个核心属性：

capacity : 容量，表示缓冲区中最大存储数据的容量。一旦声明不能改变。
limit : 界限，表示缓冲区中可以操作数据的大小。（limit 后数据不能进行读写）
position : 位置，表示缓冲区中正在操作数据的位置。
mark : 标记，表示记录当前 position 的位置。可以通过 reset() 恢复到 mark 的位置
0 <= mark <= position <= limit <= capacity

1.1.3 方法

常用方法
- put() : 存入数据到缓冲区中
- get() : 获取缓冲区中的数据
- flip()：切换读取模式
- rewind()：重复读(将指针回拨到起始位置)
- clear()：清空缓冲区（数据还在，但处于被遗忘状态）
- reset()：回到mark的位置

代码示例

public void test1(){
    String str = "abcde";
    // 1. 分配一个指定大小的缓冲区
    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
    System.out.println("----------------allocate()-----------------");
    System.out.println(buf.position());//0
    System.out.println(buf.limit());//1024
    System.out.println(buf.capacity());//1024

    // 2. 使用put()存入数据
    buf.put(str.getBytes());
    System.out.println("--------------------put()-------------------");
    System.out.println(buf.position());//5
    System.out.println(buf.limit());//1024
    System.out.println(buf.capacity());//1024

    // 3. 切换读取数据模式
    buf.flip();
    System.out.println("--------------------flip()-------------------");
    System.out.println(buf.position());//0
    System.out.println(buf.limit());//5
    System.out.println(buf.capacity());//1024

    // 4. 利用get()读取数据
    byte[] dst = new byte[buf.limit()];
    buf.get(dst);
    System.out.println("--------------------get()-------------------");
    System.out.println(buf.position()); //5
    System.out.println(buf.limit()); //5
    System.out.println(buf.capacity()); //1024
    System.out.println(new String(dst,0,dst.length)); // abcde

    // 5. rewind() ：可重复读
    buf.rewind();
    System.out.println("--------------------rewind()-------------------");
    System.out.println(buf.position()); //0
    System.out.println(buf.limit()); //5
    System.out.println(buf.capacity()); //1024

    // 6. clear()：清空缓冲区（数据还在，但出于被遗忘状态）
    buf.clear();
    System.out.println("--------------------clear()-------------------");
    System.out.println(buf.position()); //0
    System.out.println(buf.limit()); //1024
    System.out.println(buf.capacity()); //1024
    System.out.println((char) buf.get()); //a
}

public void test2(){
    String str = "abcde";
    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
    buf.put(str.getBytes());
    buf.flip();
    byte[] dst = new byte[buf.limit()];
    buf.get(dst,0,2);
    System.out.println(buf.position());//2
    buf.mark(); //标记
    buf.get(dst,2,2);
    System.out.println(buf.position());//4
    buf.reset(); // 恢复到 mark 的位置
    System.out.println(buf.position()); //2
    if (buf.hasRemaining()){
        System.out.println(buf.remaining());//3
    }
}

1.1.4 直接缓冲区与非直接缓冲区：

非直接缓冲区：通过 allocate() 方法分配缓冲区，将缓冲区建立在 JVM 的内存中
直接缓冲区：通过 allocateDirect() 方法分配直接缓冲区，将缓冲区建立在物理内存中。可以提高效率
isDirect()方法：判断是否为直接缓冲区

代码

public void teat3(){
    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocateDirect(1024);
    System.out.println(buf.isDirect()); //true
}

1.2 通道

1.2.1 概述

简介
- 通道Channel是一个接口，定义在java.nio.channels包下
- 通道用于源节点与目标节点的连接，本身不能直接访问数据
- IO中流可以访问+传输数据，NIO中，缓冲区读取数据，通道负责传输
Channel的实现类
- FileChannel：读取、写入、映射和操作文件通道
- DatagramChannel：通过UDP读写网络中的数据通道
- SocketChannel：通过TCP读写网络中的数据
- ServerSocketChannel：监听新进来的TCP连接，对每个新进来的连接都会创建一个 SocketChannel
FileChannel常用方法
- public abstract int read(ByteBuffer dst)：从Channel中读取数据到ByteBuffer
- public final long read(ByteBuffer[] dsts)：将Channel中的数据“分散”到ByteBuffer[]
- public abstract int write(ByteBuffer src)：将ByteBuffer中的数据写入到Channel
- public final long write(ByteBuffer[] srcs)：将ByteBuffer[]中的数据“聚集”到Channel

1.2.2 获取通道

通过调用支持通道的对象的getChannel()方法，支持通道的类有：
- 本地IO
  - FileInputStream
  - FileOutputStream
  - RandomAccessFile
- 网络IO
  - Socket
  - ServerSocket
  - DatagramSocket
JDK1.7中的NIO.2针对各个通道(即Channel实现类)提供了静态方法 open()
JDK1.7中的NIO.2的Files工具类的静态方法 newByteChannel()

1.2.3 使用通道

使用非直接缓冲区

FileInputStream fis = new FileInputStream("img/cat.jpg");
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("cat.jpg");

// 1. 获取通道
FileChannel inChannel = fis.getChannel();
FileChannel outChannel = fos.getChannel();

// 2. 分配指定大小的缓冲区
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);

// 3. 将通道中的数据存入缓冲区
while (inChannel.read(buf) != -1){
    buf.flip(); // 切换模式
    outChannel.write(buf); // 将缓冲区中的数据写入
    buf.clear(); // 清空缓冲区
}
// 4. 关闭通道（省略try-catch）
outChannel.close();
inChannel.close();
fos.close();
fis.close();

使用直接缓冲区

FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("img/cat.jpg"), StandardOpenOption.READ);
FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("img/copy_cat.jpg"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE, StandardOpenOption.READ);

// 内存映射文件
MappedByteBuffer inMappedBuf = inChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, inChannel.size());
MappedByteBuffer outMappedBuf = outChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, inChannel.size());

// 直接对缓冲区数据进行读写操作
byte[] dst = new byte[inMappedBuf.limit()];
inMappedBuf.get(dst);
outMappedBuf.put(dst);

inChannel.close();
outChannel.close();

1.2.4 通道间的数据传输

方法
- public abstract long transferTo(long position, long count,WritableByteChannel target)：将数据从源通道传输到其他Channel中
- public abstract long transferFrom(ReadableByteChannel src, long position, long count) ：将数据从源通道传输到其他Channel中

示例（直接缓冲区）

FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("img/cat.jpg"), StandardOpenOption.READ);
FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("img/copy2_cat.jpg"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE, StandardOpenOption.READ);

inChannel.transferTo(0,inChannel.size(),outChannel);

inChannel.close();
outChannel.close();

1.2.5 分散与聚集

概念
- 分散读取（Scattering Reads）是指从Channel中读取的数据“分散”到多个Buffer中。
- 聚集写入（Gathering Writes）是指将多个Buffer中的数据“聚集”到Channel

示例

RandomAccessFile raf1 = new RandomAccessFile("files/1.txt","rw");
// 1. 获取通道
FileChannel channel1 = raf1.getChannel();

// 分配缓冲区
ByteBuffer buf1 = ByteBuffer.allocate(100);
ByteBuffer buf2 = ByteBuffer.allocate(1023);

// 3. 分散读取
ByteBuffer[] bufs = {buf1,buf2};
channel1.read(bufs);

for (ByteBuffer buf : bufs) buf.flip();
System.out.println(new String(bufs[0].array(),0,bufs[0].limit()));
System.out.println(new String(bufs[1].array(),0,bufs[1].limit()));

// 4. 聚集写入
RandomAccessFile raf2 = new RandomAccessFile("files/5.txt","rw");
FileChannel channel2 = raf2.getChannel();
channel2.write(bufs);

1.2.6 字符集 Charset

概念
- 编码：字符串 -> 字节数组
- 字节数组 -> 字符串

获取所有格式

Map<String, Charset> map = Charset.availableCharsets();
Set<Map.Entry<String, Charset>> set = map.entrySet();

for (Map.Entry<String, Charset> entry : set) {
    System.out.println(entry.getKey()+ "=" + entry.getValue());
}

示例

Charset cs1 = Charset.forName("GBK");
Charset cs12= StandardCharsets.UTF_8;

// 获取编码器
CharsetEncoder ce = cs1.newEncoder();
// 获取解码器
CharsetDecoder cd = cs1.newDecoder();
//创建缓冲区
CharBuffer cBuf = CharBuffer.allocate(1024);
cBuf.put("尚硅谷威武！");
cBuf.flip();
//编码
ByteBuffer bBuf = ce.encode(cBuf);
for (int i = 0; i < 12; i++) System.out.println(bBuf.get());
//解码
bBuf.flip();
CharBuffer cBuf2 = cd.decode(bBuf);
System.out.println(cBuf2.toString());
//换种解码方式
bBuf.flip();
CharBuffer cBuf3 = cs12.decode(bBuf);
System.out.println(cBuf3.toString());

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