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Java NIO使用及原理分析(三)

在上一篇文章中介绍了缓冲区内部对于状态变化的跟踪机制,而对于NIO中缓冲区来说,还有很多的内容值的学习,如缓冲区的分片与数据共享,只读缓冲区等。在本文中我们来看一下缓冲区一些更细节的内容。

缓冲区的分配

在前面的几个例子中,我们已经看过了,在创建一个缓冲区对象时,会调用静态方法allocate()来指定缓冲区的容量,其实调用 allocate()相当于创建了一个指定大小的数组,并把它包装为缓冲区对象。或者我们也可以直接将一个现有的数组,包装为缓冲区对象,如下示例代码所示:

[java] view plain copy print?

  1. public class BufferWrap {
  2. public void myMethod()
  3. {
  4. // 分配指定大小的缓冲区
  5. ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.allocate(10);
  6. // 包装一个现有的数组
  7. byte array[] = new byte[10];
  8. ByteBuffer buffer2 = ByteBuffer.wrap( array );
  9. }
  10. }

缓冲区分片

在NIO中,除了可以分配或者包装一个缓冲区对象外,还可以根据现有的缓冲区对象来创建一个子缓冲区,即在现有缓冲区上切出一片来作为一个新的缓冲区,但现有的缓冲区与创建的子缓冲区在底层数组层面上是数据共享的,也就是说,子缓冲区相当于是现有缓冲区的一个视图窗口。调用slice()方法可以创建一个子缓冲区,让我们通过例子来看一下:

[java] view plain copy print?

  1. import java.nio.*;
  2. public class Program {
  3. static public void main( String args[] ) throws Exception {
  4. ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 10 );
  5. // 缓冲区中的数据0-9
  6. for (int i=0; i<buffer.capacity(); ++i) {
  7. buffer.put( (byte)i );
  8. }
  9. // 创建子缓冲区
  10. buffer.position( 3 );
  11. buffer.limit( 7 );
  12. ByteBuffer slice = buffer.slice();
  13. // 改变子缓冲区的内容
  14. for (int i=0; i<slice.capacity(); ++i) {
  15. byte b = slice.get( i );
  16. b *= 10;
  17. slice.put( i, b );
  18. }
  19. buffer.position( 0 );
  20. buffer.limit( buffer.capacity() );
  21. while (buffer.remaining()>0) {
  22. System.out.println( buffer.get() );
  23. }
  24. }
  25. }

在该示例中,分配了一个容量大小为10的缓冲区,并在其中放入了数据0-9,而在该缓冲区基础之上又创建了一个子缓冲区,并改变子缓冲区中的内容,从最后输出的结果来看,只有子缓冲区“可见的”那部分数据发生了变化,并且说明子缓冲区与原缓冲区是数据共享的,输出结果如下所示:

只读缓冲区

只读缓冲区非常简单,可以读取它们,但是不能向它们写入数据。可以通过调用缓冲区的asReadOnlyBuffer()方法,将任何常规缓冲区转 换为只读缓冲区,这个方法返回一个与原缓冲区完全相同的缓冲区,并与原缓冲区共享数据,只不过它是只读的。如果原缓冲区的内容发生了变化,只读缓冲区的内容也随之发生变化:

[java] view plain copy print?

  1. import java.nio.*;
  2. public class Program {
  3. static public void main( String args[] ) throws Exception {
  4. ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 10 );
  5. // 缓冲区中的数据0-9
  6. for (int i=0; i<buffer.capacity(); ++i) {
  7. buffer.put( (byte)i );
  8. }
  9. // 创建只读缓冲区
  10. ByteBuffer readonly = buffer.asReadOnlyBuffer();
  11. // 改变原缓冲区的内容
  12. for (int i=0; i<buffer.capacity(); ++i) {
  13. byte b = buffer.get( i );
  14. b *= 10;
  15. buffer.put( i, b );
  16. }
  17. readonly.position(0);
  18. readonly.limit(buffer.capacity());
  19. // 只读缓冲区的内容也随之改变
  20. while (readonly.remaining()>0) {
  21. System.out.println( readonly.get());
  22. }
  23. }
  24. }

如果尝试修改只读缓冲区的内容,则会报ReadOnlyBufferException异常。只读缓冲区对于保护数据很有用。在将缓冲区传递给某个 对象的方法时,无法知道这个方法是否会修改缓冲区中的数据。创建一个只读的缓冲区可以保证该缓冲区不会被修改。只可以把常规缓冲区转换为只读缓冲区,而不能将只读的缓冲区转换为可写的缓冲区。

直接缓冲区

直接缓冲区是为加快I/O速度,使用一种特殊方式为其分配内存的缓冲区,JDK文档中的描述为:给定一个直接字节缓冲区,Java虚拟机将尽最大努 力直接对它执行本机I/O操作。也就是说,它会在每一次调用底层操作系统的本机I/O操作之前(或之后),尝试避免将缓冲区的内容拷贝到一个中间缓冲区中 或者从一个中间缓冲区中拷贝数据。要分配直接缓冲区,需要调用allocateDirect()方法,而不是allocate()方法,使用方式与普通缓冲区并无区别,如下面的拷贝文件示例:

[java] view plain copy print?

  1. import java.io.*;
  2. import java.nio.*;
  3. import java.nio.channels.*;
  4. public class Program {
  5. static public void main( String args[] ) throws Exception {
  6. String infile = "c:\\test.txt";
  7. FileInputStream fin = new FileInputStream( infile );
  8. FileChannel fcin = fin.getChannel();
  9. String outfile = String.format("c:\\testcopy.txt");
  10. FileOutputStream fout = new FileOutputStream( outfile );
  11. FileChannel fcout = fout.getChannel();
  12. // 使用allocateDirect,而不是allocate
  13. ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect( 1024 );
  14. while (true) {
  15. buffer.clear();
  16. int r = fcin.read( buffer );
  17. if (r==-1) {
  18. break;
  19. }
  20. buffer.flip();
  21. fcout.write( buffer );
  22. }
  23. }
  24. }

内存映射文件I/O

内存映射文件I/O是一种读和写文件数据的方法,它可以比常规的基于流或者基于通道的I/O快的多。内存映射文件I/O是通过使文件中的数据出现为 内存数组的内容来完成的,这其初听起来似乎不过就是将整个文件读到内存中,但是事实上并不是这样。一般来说,只有文件中实际读取或者写入的部分才会映射到内存中。如下面的示例代码:

[java] view plain copy print?

  1. import java.io.*;
  2. import java.nio.*;
  3. import java.nio.channels.*;
  4. public class Program {
  5. static private final int start = 0;<span style="font-family:FangSong_GB2312;font-size:13px;">
  6. static private final int size = 1024;
  7. static public void main( String args[] ) throws Exception {
  8. RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile( "c:\\test.txt", "rw" );
  9. FileChannel fc = raf.getChannel();
  10. MappedByteBuffer mbb = fc.map( FileChannel.MapMode.READ_WRITE,
  11. start, size );
  12. mbb.put( 0, (byte)97 );
  13. mbb.put( 1023, (byte)122 );
  14. raf.close();
  15. }
  16. }</span>

关于缓冲区的细节内容,我们已经用了两篇文章来介绍。在下一篇中将会介绍NIO中更有趣的部分Nonblocking I/O。

本文分享自微信公众号 - Java程序员那些事(zgsoft44)

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原始发表时间:2019-09-21

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