Course 模块 1 - Lecture: 缓冲区、通道

早些时候，我们了解了IO API（输入/输出应用程序编程接口）和java.io包，它们的类主要用于处理 Java 中的流。这里的关键是流的概念。

今天我们将开始考虑NIO API（新输入/输出）。

这两种 I/O 方法的主要区别在于 IO API 是面向流的，而 NIO API 是面向缓冲区的。所以要理解的主要概念是buffers和channels。

什么是缓冲区，什么是通道？

通道是数据进出的逻辑入口，而缓冲区是此传输数据的源或目的地。在输出过程中，将要发送的数据放入缓冲区，缓冲区将数据传递给通道。在输入期间，来自通道的数据被放入缓冲区。

换句话说：

缓冲区只是一块内存，我们可以在其中写入信息，也可以从中读取信息，
通道是提供对 I/O 设备（例如文件或套接字）的访问的网关。

通道与 java.io 包中的流非常相似。所有去往任何地方（或来自任何地方）的数据都必须通过通道对象。通常，要使用 NIO 系统，您会获得一个到 I/O 实体的通道和一个用于存储数据的缓冲区。然后您使用缓冲区，根据需要输入或输出数据。

您可以在缓冲区中前后移动，即“遍历”缓冲区，这是您在流中无法做到的事情。这在处理数据时提供了更大的灵活性。在标准库中，缓冲区由抽象Buffer类及其几个后代表示：

字节缓冲区
字符缓冲区
短缓冲区
缓冲区
浮动缓冲区
双缓冲
长缓冲区

子类之间的主要区别在于它们存储的数据类型——字节、整数、长整型和其他原始数据类型。

缓冲区属性

缓冲区有四个主要属性。这些是容量、限制、位置和标记。

容量是可以存储在缓冲区中的最大数据量/字节数。缓冲区的容量无法更改。一旦缓冲区已满，必须先清除缓冲区，然后再向其写入更多内容。

在写入模式下，缓冲区的限制与其容量相同，表示可以写入缓冲区的最大数据量。在读取模式下，缓冲区的限制是指可以从缓冲区读取的最大数据量。

position指示光标在缓冲区中的当前位置。最初，它在创建缓冲区时设置为 0。换句话说，它是下一个要读取或写入的元素的索引。

该标记用于保存光标位置。当我们操作缓冲区时，游标位置不断变化，但我们总能将其返回到先前标记的位置。

使用缓冲区的方法

现在让我们看看主要的方法集，这些方法让我们可以使用我们的缓冲区（内存块）从通道读取数据和从通道写入数据。

allocate(int capacity) — 此方法用于分配具有指定容量的新缓冲区。如果传递的容量是负整数，allocate ()方法将抛出IllegalArgumentException 。
capacity()返回当前缓冲区的容量。
position()返回当前光标位置。读写操作将光标移动到缓冲区的末尾。返回值始终小于或等于限制。
limit()返回当前缓冲区的限制。
mark()用于标记（保存）当前光标位置。
reset()将光标返回到先前标记（保存）的位置。
clear()将位置设置为零并将限制设置为容量。此方法不会清除缓冲区中的数据。它只会重新初始化位置、限制和标记。
flip()将缓冲区从写模式切换到读模式。它还将限制设置为当前位置，然后将位置放回零。
read() — 通道的 read 方法用于将数据从通道写入缓冲区，而缓冲区的put()方法用于将数据写入缓冲区。
write() — 通道的 write 方法用于将数据从缓冲区写入通道，而缓冲区的get()方法用于从缓冲区读取数据。
rewind()倒回缓冲区。当您需要重新读取缓冲区时使用此方法 - 它将位置设置为零并且不更改限制。

现在谈谈渠道。

Java NIO 中最重要的通道实现是以下类：

FileChannel — 用于从文件读取数据和向文件写入数据的通道。
DatagramChannel — 此类通过 UDP（用户数据报协议）在网络上读取和写入数据。
SocketChannel — 通过 TCP（传输控制协议）通过网络读取和写入数据的通道。
ServerSocketChannel — 一种通过 TCP 连接读取和写入数据的通道，就像 Web 服务器一样。为每个传入连接创建一个SocketChannel 。

实践

是时候写几行代码了。首先，让我们读取文件并将其内容显示在控制台上，然后将一些字符串写入文件。

代码包含很多注释——我希望它们能帮助你理解一切是如何工作的：


// Create a RandomAccessFile object, passing in the file path
// and a string that says the file will be opened for reading and writing
try (RandomAccessFile randomAccessFile = new RandomAccessFile("text.txt", "rw");
    // Get an instance of the FileChannel class
    FileChannel channel = randomAccessFile.getChannel();
) {
// Our file is small, so we'll read it in one go   
// Create a buffer of the required size based on the size of our channel
   ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate((int) channel.size());
   // Read data will be put into a StringBuilder
   StringBuilder builder = new StringBuilder();
   // Write data from the channel to the buffer
   channel.read(byteBuffer);
   // Switch the buffer from write mode to read mode
   byteBuffer.flip();
   // In a loop, write data from the buffer to the StringBuilder
   while (byteBuffer.hasRemaining()) {
       builder.append((char) byteBuffer.get());
   }
   // Display the contents of the StringBuilder on the console
   System.out.println(builder);
 
   // Now let's continue our program and write data from a string to the file
   // Create a string with arbitrary text
   String someText = "Hello, Amigo!!!!!";
   // Create a new buffer for writing,
   // but let the channel remain the same, because we're going to the same file
   // In other words, we can use one channel for both reading and writing to a file
   // Create a buffer specifically for our string — convert the string into an array and get its length
   ByteBuffer byteBuffer2 = ByteBuffer.allocate(someText.getBytes().length);
   // Write our string to the buffer
   byteBuffer2.put(someText.getBytes());
   // Switch the buffer from write mode to read mode
   // so that the channel can read from the buffer and write our string to the file
   byteBuffer2.flip();
   // The channel reads the information from the buffer and writes it to our file
   channel.write(byteBuffer2);
} catch (FileNotFoundException e) {
   e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
   e.printStackTrace();
}

试试NIO API——你会爱上它的！

﻿缓冲区、通道

什么是缓冲区，什么是通道？

缓冲区属性

使用缓冲区的方法

实践

缓冲区、通道