Buffer的工作方式

1、Buffer的工作方式
　　前面《java NIO的工作方式》介绍了Selector检测到通信信道I/O有数据传输时，通过select()方法取得SocketChannel，将数据读取或写入Buffer缓冲区，下面讨论Buffer如何接受和写出数据。通过查看JDK源码可知道，Buffer的构造函数

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Buffer(int mark, int pos, int lim, int cap) {  // package-private    if (cap < 0)        throw new IllegalArgumentException();    this.capacity = cap;    limit(lim);    position(pos);    if (mark >= 0) {        if (mark > pos)        throw new IllegalArgumentException();        this.mark = mark;    }    }

　　Buffer可以简单的理解为一组基本数据类型的元素列表，它通过几个变量来保存这个数据的当前位置状态，也就是四个索引

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private int mark = -1; private int position = 0; private int limit; private int capacity;

表1-1 Buffer中的索引及说明

在实际操作数据时他们关系如图1-2所示。

我们通过ByteBuffer.allocate(11)方法创建一个11个byte的数组缓冲区，初始状态如图1-2所示，position的位置为0，capacity和limit默认都是数组长度。当我们写入5个字节时位置变化如图1-3所示。

注意：我们查看ByteBuffer.allocate()方法源码可知，执行的是以下代码

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ByteBuffer(int mark, int pos, int lim, int cap, // package-private          byte[] hb, int offset)     {     super(mark, pos, lim, cap);     this.hb = hb;     this.offset = offset;     }    public static ByteBuffer allocate(int capacity) {     if (capacity < 0)         throw new IllegalArgumentException();     return new HeapByteBuffer(capacity, capacity);     }

返回的是HeapByteBuffer又是ByteBuffer的子类，并且在HeapByteBuffer的构造方法中执行的是这样一个语句：

super(-1, 0, lim, cap, new byte[cap], 0);

也就是说调用的还是ByteBuffer中的构造方法，包范围内使用。这个方法做了如下工作，首先调用Buffer的构 造方法，依次初始化mark、position、limit、capacity，然后初始化ByteBuffer的属性byte数组，接着初始 offset，这样使用allocate方法就可以构造出一个ByteBuffer对象了。

这时我们需要将缓冲区的5个字节数据写入Channel通信信道，所以我们调用byteBuffer.flip()方法，查看源码得知

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public final Buffer flip() {    limit = position;    position = 0;    mark = -1;    return this;    }

limit走到position的位置，而position回到了初始位置0，倒转了缓冲区，数组的状态发生如图1-4所示的变化。

这时底层操作系统就可以从缓冲区中正确读取这5个字节数据并发送出去了。在下一次写数据之前我们在调一下clear()方法，缓冲区的索引状态又回到初始位置。

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public final Buffer clear() {     position = 0;     limit = capacity;     mark = -1;     return this;     }

　　这里还要说明一下mark，当我们调用mark()方法时，它将记录当前position的前一个位置，当我们调用reset时，position将恢复mark记录下来的值。还有一点需要说明，通过Channel获取I/O数据首先要经过操作系统的Socket缓冲区再将数据复制到Buffer中，这个操作系统缓冲区就是底层的TCP协议关联的RecvQ或SendQ队列，从操作系统缓冲区到用户缓冲区复制数据比较耗性能，Buffer提供了另外一种直接操作操作系统缓冲区的方式，即ByteBuffer.allocateDirector(size)，

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public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity) {        return new DirectByteBuffer(capacity);    }

这个方法返回的DirectorByteBuffer就是与底层存储空间关联的缓冲区，它通过Native代码操作非JVM堆的内存空间。每次创建或者释放的时候都调用一次System.gc()。注意，在使用DirectorByteBuffer时可能会引起JVM内存泄露问题。DirectByteBuffer和Non-Direct Buffer(HeapByteBuffer)对比如图1-5所示。