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沒吃透Netty緩沖區(qū)，還能算得上Java老司機？

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「小明菜市場」，作者小明菜市場。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系小明菜市場公眾號。

前言

Java NIO 需要理解的主要有緩沖區(qū)，通道，選擇器，這三個主要的部分。

基礎

用戶空間和內(nèi)核空間

操作系統(tǒng)為了提供穩(wěn)定性，把虛擬地址空間分為用戶空間和內(nèi)核空間，其中用戶進程只能操作用戶空間的內(nèi)容，而內(nèi)核空間的內(nèi)容可以操作用戶空間的內(nèi)容以及用戶空間的內(nèi)容。

I/O過程中的數(shù)據(jù)流向

假設我們需要從磁盤中的某個文件讀取數(shù)據(jù)，進程發(fā)起read系統(tǒng)調(diào)用，進入內(nèi)核狀態(tài)，內(nèi)核會隨即向磁盤控制硬件發(fā)出命令，要求其從磁盤讀取數(shù)據(jù)，磁盤控制器把數(shù)據(jù)直接寫入到內(nèi)核緩沖區(qū)中，隨后內(nèi)核會吧數(shù)據(jù)從內(nèi)核空間的臨時緩沖區(qū)拷貝到用戶緩沖區(qū)，進程再次切換回用戶態(tài)繼續(xù)執(zhí)行。總結(jié)數(shù)據(jù)流向是：磁盤 -> 內(nèi)核緩沖區(qū) -> 用戶緩沖區(qū)

內(nèi)存空間多重映射

對于虛擬地址的空間，一個以上的虛擬地址可以指向同一個物理內(nèi)存地址。如果用戶空間的虛擬地址和內(nèi)核空間的虛擬地址映射到同一個物理地址，那么這塊物理地址代表的空間就對內(nèi)核和用戶進程都可見。便可省去數(shù)據(jù)在內(nèi)核緩沖區(qū)和用戶緩沖區(qū)來回復制的開銷。

緩沖區(qū)

Java NIO 數(shù)據(jù)傳輸過程，數(shù)據(jù)先放到發(fā)送緩沖區(qū) -> 通過通道發(fā)送到接收端 -> 接受端通道接受數(shù)據(jù)并填充到接受緩沖區(qū) 所以緩沖區(qū)的作用其實是連接通道作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪繕嘶蛘邅碓础?/p>

核心概念

屬性

需要理解Buffer工作機制，需要了解如下幾個屬性

  1. 容量: 緩沖區(qū)的容量，創(chuàng)建緩沖區(qū)時指定
  2. 位置: 下一個要被讀取或者寫入元素的索引
  3. 上界: 緩沖區(qū)中第一個不能被讀或者寫的位置。
  4. mark標記，一個備忘的位置

存取

緩沖區(qū)的核心就在于存取操作，buffer提供了相對位置存取和絕對位置存取兩種方式。

  1. 相對位置存?。涸诋斍暗奈恢脤懭牖蛘咦x取數(shù)據(jù)，然后增加位置的值。
  2. 絕對位置存取。在指定的位置的寫入或者讀取數(shù)據(jù)，不改變位置的值

代碼如下

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. //相對位置存取
    2. 
  
  
  
  
  2.  public abstract ByteBuffer put(byte b);
    3. 
  
  
  
  
  3.  public abstract byte get();
    4. 
  
  
  
  
  4. 
  
  
  
  
  5.  //絕對位置存取
    6. 
  
  
  
  
  6.  public abstract ByteBuffer put(int index, byte b);
    7. 
  
  
  
  
  7.  public abstract byte get(int index);
    8.

翻轉(zhuǎn)

翻轉(zhuǎn)是 buffer的核心概念，可以理解buffer有兩種模式，寫模式和讀模式。寫模式：我們分配一個緩沖區(qū)，然后直接填充數(shù)據(jù)，讀模式下。我們從頭開始讀取數(shù)據(jù)。如何從寫模式切換到讀模式，翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)的時候我們用limit記錄待讀取數(shù)據(jù)的長度，然后把位置置換為0就可以開始讀取數(shù)據(jù)了。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public final Buffer flip() {
    2. 
  
  
  
  
  2.    //記錄待讀取數(shù)據(jù)的長度
    3. 
  
  
  
  
  3.     limit = position;
    4. 
  
  
  
  
  4.    //從頭開始讀取數(shù)據(jù)
    5. 
  
  
  
  
  5.     position = 0;
    6. 
  
  
  
  
  6.     mark = -1;
    7. 
  
  
  
  
  7.     return this;
    8. 
  
  
  
  
  8. }
    9.

demo

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. //創(chuàng)建一個緩沖區(qū) 
    2. 
  
  
  
  
  2. ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(100);
    3. 
  
  
  
  
  3. //寫數(shù)據(jù)
    4. 
  
  
  
  
  4. for (char c : "hello".toCharArray()) {
    5. 
  
  
  
  
  5.   buffer.put((byte) c);
    6. 
  
  
  
  
  6. }
    7. 
  
  
  
  
  7. //翻轉(zhuǎn)
    8. 
  
  
  
  
  8. buffer.flip();//等價于 buffer.limit(buffer.position()).position(0);
    9. 
  
  
  
  
  9. //讀數(shù)據(jù)
    10. 
  
  
  
  
  10. while (buffer.hasRemaining()) {
    11. 
  
  
  
  
  11.   char c = (char) buffer.get();
    12. 
  
  
  
  
  12.   System.out.println(c);
    13. 
  
  
  
  
  13. }
    14.

直接緩沖區(qū)

對于一般的I/O過程，數(shù)據(jù)流向是，磁盤或者網(wǎng)絡 -> 內(nèi)核臨時緩沖區(qū) -> 用戶空間緩沖區(qū)

直接緩沖區(qū)解決的是內(nèi)核空間臨時緩沖區(qū)到用戶空間緩沖區(qū)復制這一步耗費的多余。雖然直接緩沖區(qū)是I/O的最佳選擇，但是其比創(chuàng)建非直接緩沖區(qū)將會耗費更大的成本了，所以一般都是直接重復使用。

創(chuàng)建緩沖區(qū)

Buffer不能直接通過構(gòu)造函數(shù)實例化，都是通過靜態(tài)工廠方法創(chuàng)建，下為ByteBuffer的靜態(tài)工廠方法。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. //創(chuàng)建內(nèi)存緩沖區(qū)
    2. 
  
  
  
  
  2. public static ByteBuffer allocate(int capacity);
    3. 
  
  
  
  
  3. //創(chuàng)建直接緩沖區(qū)
    4. 
  
  
  
  
  4. public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity) ;
    5. 
  
  
  
  
  5. 
  
  
  
  
  6. public static ByteBuffer wrap(byte[] array, int offset, int length)
    7.

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