一、缓冲区基础

1、缓冲区的基础

        在 NIO 中，Buffer 是数据读写的核心。它是一个固定容量的用于承载数据的容器，用于在通道（Channel）和程序之间存放数据。

通俗来说：

通道负责“运输”，缓冲区负责“存放”。
数据总是先进入 Buffer，再从中读出。

2、Buffer的四大属性

属性	含义	可修改	说明
capacity	容量	❌	缓冲区可容纳的最大元素数
limit	上界	✅	第一个不能被读写的位置
position	当前位置	✅	下一个读或写操作的索引
mark	标记	✅	记录一个position，可通过 reset 回到这里

属性之间总是遵循的关系：0 <= mark <= position <= limit <= capacity

3、缓冲区API

        缓冲区的各类操作大部分是围绕Buffer的四大属性来进行的，先看Buffer类的方法签名:

public abstract class Buffer {
    public final int capacity( )
    public final int position( )
    public final Buffer position (int newPositio)
    public final int limit( ) 
    public final Buffer limit (int newLimit) 
    public final Buffer mark( )
    public final Buffer reset( ) 
    public final Buffer clear( ) 
    public final Buffer flip( ) 
    public final Buffer rewind( ) 
    public final int remaining( ) 
    public final boolean hasRemaining( ) 
    public abstract boolean isReadOnly( ); 
}

        细心的同学应该可以看到很多方法返回值都是Buffer引用(this)，这意味着可以链式(级联)调用，比如：

buffer.mark().position(5).reset( );

下面的如涉及具体操作都将以CharBuffer为例，其它的都大差不差。

3.1 存取 (get/put)

  Buffer 的核心作用是存储数据。通过 put() 写入数据，通过 get() 读取数据。它支持相对操作和绝对操作两种方式：

操作类型	方法示例	特点
相对	buffer.put(byte) / buffer.get()	自动移动 position
绝对	buffer.put(int index, byte) / buffer.get(int index)	不影响 position

        异常处理

异常	触发条件
BufferOverflowException	写超出 limit
BufferUnderflowException	读超出 limit
IndexOutOfBoundsException	索引越界

3.2 翻转 (flip)

  flip() 是最常用的状态切换操作，可以理解为将 写模式 转为 读模式，将进行以下操作：

limit = position
position = 0

        这样通道或程序就可以从头开始读取刚写入的数据

        但是：重复 flip() 会导致 limit=position=0，此时缓冲区为空，读取会抛异常

3.3 释放 (drain)

        “释放”指从缓冲区中取出数据，通常配合通道读取，常见于：

• 通道写入：channel.write(buffer)

• 手动取出：循环 get()

······示例

buffer.flip(); // 进入读模式
while (buffer.hasRemaining()) {
    byte b = buffer.get();
    System.out.print((char) b);
}

3.4 压缩 (compact)

当缓冲区只读取了部分数据，compact() 可以将未读数据前移，以便继续写入新数据。

未读部分移到开头
position = 未读数据长度
limit = capacity

图解示意：

3.5 标记 (mark/reset)

提供在缓冲区中回退到某个位置的能力。

方法	功能
mark()	记录当前位置
reset()	回到标记位置

注意：标记会在以下操作中被清除：

• clear()

• flip()

• rewind()

• 修改 limit 小于 mark 时

3.6 比较 (equals/compare To)

比较缓冲区内容时，只比较剩余部分（position→limit）。

方法	含义
boolean equals()	内容完全相同
int compareTo()	更加严格，按字典序比较

两个缓冲区相等的充要条件：

• 两个对象类型相同
• 两个对象都剩余同样数量的元素（Buffer的容量不需要相同，而且缓冲区中剩余数据的索引也不必相同）
• 在每个缓冲区中应被Get()函数返回的剩余数据元素序列必须一致

3.7 批量移动（bulk operations)

相比逐个 get/put，批量移动能显著提高效率。

方向	方法
数组 → 缓冲区	put (char[] src) put (char [] src, int offset, int length)
缓冲区 → 数组	get (char [] dst) get (char [] dst, int offset, int length)
缓冲区 → 缓冲区	put (otherBuffer)

提示：

• 将缓冲区内的数据放入数组时，批量传输的大小总是固定的。省略长度意味着整个数组会被填满；因此当传入一个数组并且没有指定长度，就相当于要求整个数组被填充。如果缓冲区中的数据不够完全填满数组，您会得到一个BufferUnderflowException异常。
• 同样的，在将数据装入缓冲区时，如果缓冲区中没有足够的空间，那么不会有数据被传递，同时抛出一个BufferOverflowException异常。

数据读取并处理实例：

        char [] smallArray = new char [10];
        while (buffer.hasRemaining()) {
            int length = Math.min (buffer.remaining(), smallArray.length);
            buffer.get (smallArray, 0, length);
            processData (smallArray, length);
        }

4、常见的状态变化

方法	作用	将会进行的操作
clear()	准备写入数据	position=0, limit=capacity
flip()	从写模式切到读模式	limit=position, position=0
rewind()	重头读	position=0，不改 limit
compact()	丢弃已读数据，保留未读	position=未读数据末尾
mark()/reset()	标记/回到标记	用于重复读取

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