本文转载自微信公众号《SH的全栈笔记》，作者SH的全栈笔记。转载本文请联系SH全栈笔记公众号。为什么要讲Buffer首先，为什么要单独讲一个小的Buffer呢？或者，Buffer在哪里使用？比如我们从磁盘中读取一个文件，并不是直接从磁盘中读取，而是先将磁盘中的数据复制到内核缓冲区中，然后再将数据从内核缓冲区中复制到用户缓冲区中，看起来是这样的图中：从磁盘读取文件，然后再比如我们写文件到磁盘的时候，并不是直接把数据写到磁盘。取而代之的是，数据从用户缓冲区写入内核缓冲区，操作系统一有机会就将其闪存到磁盘。图和上图差不多，就不画了，自己看懂。再比如，当服务端收到客户端发送的数据时，并没有直接发送到用户态的Buffer中。而是先从网卡复制到内核态的Buffer，再从内核态的Buffer复制到用户态的Buffer。那么为什么要打扰呢？抄抄抄，首先我们用排除法排除这个好玩的。Buffer的目的是减少与设备（如磁盘）交互的频率。在之前的博客中也提到过“磁盘的读写是一个非常昂贵的操作”。那么成本在哪里呢？简单的说，与设备的交互（比如与磁盘的IO）会被设计成中断操作系统。中断需要保存上一个进程的运行上下文。中断后需要恢复上下文，还涉及到内核态和用户态的切换，一般都是比较耗时的操作。看到这里，如果你对操作系统不熟悉，可能会有些摸不着头脑。比如：什么是用户态，什么是内核态？大家可以看看我之前写的这篇文章?Buffer。我们通过Java中NIO包中实现的Buffer来给大家讲解。Buffer的实现有7种，包括了Java实现的所有数据类型。Buffer的类型（一）本文中我们使用的是ByteBuffer，其常用的方法有：putgetfliprewindmarkresetclear接下来我们将通过实例来了解这些方法。Putput是将数据写入到ByteBuffer中，它有很多重载的实现：}我们可以直接传入ByteBuffer对象，也可以直接传入原始字节数组，也可以指定写入的偏移量和长度等。看一个具体的例子：publicstaticvoidmain(String[]args){ByteBufferbuffer=ByteBuffer.allocate(16);buffer.put(newbyte[]{'s','h'});}为了让大家更直观的看到ByteBuffer的内部情况，我整理成图的形式.上面的代码运行后，缓冲区的内部是这样的：put当你尝试使用System.out.println(buffer)打印变量buffer时，你会看到这样的结果：java.nio.HeapByteBuffer[pos=2lim=16cap=16]图片和控制台中有position和limit变量。容量大家可以理解，就是我们创建这个ByteBuffer的大小16。至于另外两个变量，相信大家也可以从图中看出，position变量指向了下一次要写入的下标。上面的代码我们只写了2个字节，所以position指向2，这个limit就比较有意思了，这个在后面的使用中会结合例子来讨??论。getget是从ByteBuffer中获取数据。publicstaticvoidmain(String[]args){ByteBufferbuffer=ByteBuffer.allocate(16);buffer.put(newbyte[]{'s','h'});System.out.println(buffer.get());}如果运行上面的代码后，你会发现打印出来的结果是0，并不是我们期望的s的ASCII码115。首先，让我告诉你结论。这符合预期，这个时候应该取不到值。我们看一下get的源码：)thrownewBufferUnderflowException();//这里的位置会向后移动一位position=p+1;returnp;}当前位置为2，限制为16，所以nextGetIndex计算出来的值为变量p的值2,又是ix，即2+0=2，其中偏移值默认为0。所以简单来说就是最终会把下标为2的数据取出来，如下图所示。所以我们当然拿不到数据。但是这里需要注意的是，调用get方法虽然没有获取到任何数据，但是会让position指针向后移动。换句话说，采取了立场。如果连续多次调用这种get之后再调用put方法写入数据，会导致部分位置未分配。例如，假设我们运行以下代码：publicstaticvoidmain(String[]args){ByteBufferbuffer=ByteBuffer.allocate(16);buffer.put(newbyte[]{'s','h'});buffer.get();buffer.get();buffer.get();buffer.get();buffer.put(newbyte[]{'e'});}数据会变成如下图，位置会向后移动。你可能会问，如果真的需要获取数据怎么办？在这种情况下，我可以这样得到它：publicstaticvoidmain(String[]args){ByteBufferbuffer=ByteBuffer.allocate(16);buffer.put(newbyte[]{'s'});System.out.println(buffer.get(0));//115}传入我们要获取的下标，可以直接获取，不会导致位置后移。看到这里，你更加糊涂了。如果你合着了get()，你就不能用了？你还必须给出一个索引。这就需要讲到另一种方法flip。flip废话不多说，先看例子：publicstaticvoidmain(String[]args){ByteBufferbuffer=ByteBuffer.allocate(16);buffer.put(newbyte[]{'s','h'});//爪哇。nio.HeapByteBuffer[pos=2lim=16cap=16]buffer.flip();System.out.println(buffer);//java.nio.HeapByteBuffer[pos=0lim=2cap=16]}有趣的事情发生了，调用之后flip，位置由2变为0，limit由16变为2，这个词是“翻转”的意思。我个人的理解是，如果把之前保存的东西全部翻一遍，会发现position变成了0，limit变成了2，这个范围只是一个取值范围。.接下来就更有意思了：.out.println((char)buffer.get());//sSystem.out.println((char)buffer.get());//h}调用flip后，之前得不到的get()实际上它有效。结合get中给出的源码，不难分析。由于位置变为0，最终计算结果为0，同时位置向后移动一位。终于到了这里，可以了解到Buffer有两种状态，分别是：读模式和写模式。刚刚创建的ByteBuffer处于写入模式。我们可以通过调用flip将ByteBuffer切换到读取模式。但需要注意的是，这里所说的读写模式只是一个逻辑概念。比如调用flip切换到所谓的write模式后，仍然可以调用put方法向ByteBuffer写入数据。publicstaticvoidmain(String[]args){ByteBufferbuffer=ByteBuffer.allocate(16);buffer.put(newbyte[]{'s','h'});buffer.flip();buffer.put(newbyte[]{'e'});}这里的put操作还是成功的，但是你会发现最后写入的e覆盖了之前的数据，现在ByteBuffer的值变成了eh而不是sh。flip_put所以你现在应该能理解readmode和writemode更多的意思应该是：一个方便你读的模式一个方便你写的模式如果大于等于值的限制，程序将抛出BufferUnderflowException。这个从前面get的源码也可以看出。rewindrewind也可以理解为读模式运行的命令，举个例子：publicstaticvoidmain(String[]args){ByteBufferbuffer=ByteBuffer.allocate(16);buffer.put(newbyte[]{'s','h'});buffer.flip();System.out.println((char)buffer.get());//sSystem.out.println((char)buffer.get());//h//从头开始??读取buffer.rewind();System.out.println((char)buffer.get());//sSystem.out.println((char)buffer.get());//h}所以从头调用开始读取就是返回位置到下标0的位置，它的源码也很简单：publicfinalBufferrewind(){position=0;mark=-1;returnthis;}rewind只是简单的把position赋值为0，而mark赋值为-1.那么这个标记是什么？这就是我们接下来要讲的方法。publicstaticvoidmain(String[]args){ByteBufferbuffer=ByteBuffer.allocate(16);buffer.put(newbyte[]{'a','b','c','d'});//切换到读取模式buffer.flip();System.out.println((char)buffer.get());//aSystem.out.println((char)buffer.get());//b//记住当前位置buffer.mark();System.out.println((char)buffer.get());//cSystem.out.println((char)buffer.get());//d//重新设置位置到的位置标记buffer.reset();System.out.println((char)buffer.get());//cSystem.out.println((char)buffer.get());//d}可以看出，当position等于2时，我们调用mark来记住position的位置。然后遍历所有数据。然后调用reset让position回到2的位置，我们继续调用get，又可以打印出cd了。clearclear表面上是清除缓冲区的意思，其实不然，看这个：publicstaticvoidmain(String[]args){ByteBufferbuffer=ByteBuffer.allocate(16);buffer.put(newbyte[]{'a','b','c','d'});}put之后buffer的情况是这样的。在我们调用clear之后，缓冲区将如下所示。所以，你可以理解为调用clear之后，只是切换到write模式，因为此时向其中写入数据会覆盖之前写入的数据，相当于起到了clear的作用。另一个例子：publicstaticvoidmain(String[]args){ByteBufferbuffer=ByteBuffer.allocate(16);buffer.put(newbyte[]{'a','b','c','d'});buffer.clear();buffer.put(newbyte[]{'s','h'});}可以看出，运行后buffer中的数据变成了shcd，后面写入的数据覆盖了前面的数据。除了clear可以切换到writemode，还有一个方法可以切换，就是本文compact的最后一个方法。compact先一句话给出compact的功能：将未读数据移动到Buffer头部，并切换到写入模式，代码如下：publicstaticvoidmain(String[]args){ByteBufferbuffer=ByteBuffer.allocate(16);buffer.put("abcd".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));//切换到读取模式buffer.flip();System.out.println((char)buffer.get());//a//不会将读取的数据移动到缓冲区的第一部分buffer.compact();//此时缓冲区的数据会变成bcdd}运行翻转后，缓冲区的状态应该没问题：在运行flip和compact之后发生了什么？简单的说就是两件事：把position移动到对应的位置，把未读数据移动到buffer的头部。信件是什么？让我举一个例子;例如未读数据为bcd，则位置为3；如果未读数据为cd，则position为2。所以你发现position的值是未读数据的长度。从buffer内部实现机制来看，所有在position-limit范围内的数据都被认为是未读数据。因此，运行compact后，buffer是这样的：运行compact后，limit为16，因为compact使buffer进入了所谓的write模式。还有一些其他的EOF方法没有在这里列出。有兴趣的可以自己玩，理解起来没有难度。以后可能会专门写Channel和Selector。毕竟Java的nio三剑客，有兴趣的可以关注一下。
