Java NIO 緩沖區完全指南：從基礎到高級技巧
Java NIO中的緩沖區(Buffer)是一個基本的數據結構，用于在Java程序中高效地讀取和寫入數據。緩沖區是一個連續的內存塊，用于存儲特定類型的數據。它提供了一種靈活的方式來處理數據，可以在緩沖區中讀取和寫入任意數量的數據。
緩沖區的作用是將數據從一個實體傳輸到另一個實體，比如從一個文件讀取數據并寫入到另一個文件，或者從一個網絡連接讀取數據并將其寫入另一個網絡連接。通過使用緩沖區，我們可以將數據讀取到內存中，并在需要時將其寫入到磁盤或網絡連接中，從而實現高效的數據傳輸。
緩沖區還提供了一些有用的方法，用于管理緩沖區中的數據。例如，我們可以使用緩沖區的flip()方法將緩沖區從寫模式切換到讀模式，以便讀取緩沖區中的數據。我們還可以使用clear()方法清空緩沖區并將其重置為寫模式，以便向緩沖區中寫入數據。
以下是Java NIO中緩沖區的主要特點：
- 可以存儲不同類型的數據：緩沖區可以存儲不同類型的數據，例如字節、字符、整數、浮點數等。
- 支持絕對和相對訪問：緩沖區提供了兩種方式來訪問數據：絕對訪問和相對訪問。絕對訪問使用緩沖區中的索引來訪問數據，而相對訪問使用當前位置來訪問數據。
- 支持讀寫操作：緩沖區可以用于讀取和寫入數據。在讀模式下，緩沖區可以從輸入源（如文件或網絡連接）中讀取數據。在寫模式下，緩沖區可以將數據寫入輸出源（如文件或網絡連接）中。
- 支持容量、限制和位置的管理：緩沖區具有容量、限制和位置屬性，可以通過這些屬性來管理緩沖區中的數據。
- 支持通道和選擇器：Java NIO中的通道和選擇器提供了一種高效的方式來處理IO操作。緩沖區可以與通道和選擇器一起使用，以實現高效的數據傳輸。
緩沖區類型
Java NIO提供了多種類型的緩沖區，每種緩沖區都可以存儲特定類型的數據。我們可以通過調用Buffer.allocate()方法來創建一個指定容量的緩沖區，也可以通過調用Buffer.wrap()方法來將一個數組或另一個緩沖區包裝成為一個新的緩沖區。
下面是一個簡單的例子，演示了如何創建和使用ByteBuffer緩沖區：
import java.nio.ByteBuffer;
public class BufferExample {
public static void main(String[] args) {
// 創建一個容量為10的ByteBuffer緩沖區
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
// 向緩沖區中寫入數據
buffer.put((byte) 1);
buffer.put((byte) 2);
buffer.put((byte) 3);
// 切換到讀模式，準備從緩沖區中讀取數據
buffer.flip();
// 從緩沖區中讀取數據
while (buffer.hasRemaining()) {
System.out.println(buffer.get());
}
}
}容量（Capacity）
緩沖區的容量表示它可以存儲的數據的大小。緩沖區一旦被創建，其容量不能被改變。我們可以通過調用Buffer.capacity()方法來獲取緩沖區的容量。
下面是一個簡單的例子，演示了如何獲取緩沖區的容量：
import java.nio.ByteBuffer;
public class BufferExample {
public static void main(String[] args) {
// 創建一個容量為10的ByteBuffer緩沖區
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
// 獲取緩沖區的容量
System.out.println("Capacity: " + buffer.capacity());
}
}位置（Position）
緩沖區的位置表示下一個要讀取或寫入的元素的索引。緩沖區的位置默認為0，每次讀取或寫入數據后，位置會自動增加。我們可以通過調用Buffer.position()方法來獲取緩沖區的位置，也可以通過調用Buffer.position(int newPosition)方法來設置緩沖區的位置。
下面是一個簡單的例子，演示了如何獲取和設置緩沖區的位置：
import java.nio.ByteBuffer;
public class BufferExample {
public static void main(String[] args) {
// 創建一個容量為10的ByteBuffer緩沖區
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
// 向緩沖區中寫入數據
buffer.put((byte) 1);
buffer.put((byte) 2);
buffer.put((byte) 3);
// 獲取緩沖區的位置
System.out.println("Position before flip: " + buffer.position());
// 切換到讀模式，準備從緩沖區中讀取數據
buffer.flip();
// 從緩沖區中讀取數據
while (buffer.hasRemaining()) {
System.out.println(buffer.get());
}
// 獲取緩沖區的位置
System.out.println("Position after flip: " + buffer.position());
// 設置緩沖區的位置
buffer.position(2);
// 向緩沖區中寫入數據
buffer.put((byte) 4);
// 獲取緩沖區的位置
System.out.println("Position after put: " + buffer.position());
}
}限制（Limit）
緩沖區的限制表示緩沖區中可以讀取或寫入的元素的數量。緩沖區的限制默認為其容量，但是可以通過調用Buffer.flip()方法來設置限制。我們可以通過調用Buffer.limit()方法來獲取緩沖區的限制，也可以通過調用Buffer.limit(int newLimit)方法來設置緩沖區的限制。
下面是一個簡單的例子，演示了如何獲取和設置緩沖區的限制：
import java.nio.ByteBuffer;
public class BufferExample {
public static void main(String[] args) {
// 創建一個容量為10的ByteBuffer緩沖區
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
// 向緩沖區中寫入數據
buffer.put((byte) 1);
buffer.put((byte) 2);
buffer.put((byte) 3);
// 獲取緩沖區的限制
System.out.println("Limit before flip: " + buffer.limit());
// 切換到讀模式，準備從緩沖區中讀取數據
buffer.flip();
// 從緩沖區中讀取數據
while (buffer.hasRemaining()) {
System.out.println(buffer.get());
}
// 獲取緩沖區的限制
System.out.println("Limit after flip: " + buffer.limit());
// 設置緩沖區的限制
buffer.limit(5);
// 向緩沖區中寫入數據
buffer.put((byte) 4);
buffer.put((byte) 5);
// 獲取緩沖區的限制
System.out.println("Limit after put: " + buffer.limit());
}
}標記（Mark）
緩沖區的標記表示一個備忘位置，可以通過調用Buffer.mark()方法來設置標記。調用Buffer.reset()方法可以將位置重置為標記的位置。我們可以通過調用Buffer.mark()方法來設置緩沖區的標記，也可以通過調用Buffer.reset()方法來重置緩沖區的位置為標記的位置。
下面是一個簡單的例子，演示了如何設置和重置緩沖區的標記：
import java.nio.ByteBuffer;
public class BufferExample {
public static void main(String[] args) {
// 創建一個容量為10的ByteBuffer緩沖區
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
// 向緩沖區中寫入數據
buffer.put((byte) 1);
buffer.put((byte) 2);
buffer.put((byte) 3);
// 設置緩沖區的標記
buffer.mark();
// 切換到讀模式，準備從緩沖區中讀取數據
buffer.flip();
// 從緩沖區中讀取數據
System.out.println(buffer.get());
System.out.println(buffer.get());
// 重置緩沖區的位置為標記的位置
buffer.reset();
// 重新讀取數據
while (buffer.hasRemaining()) {
System.out.println(buffer.get());
}
}
}讀寫模式
緩沖區有兩種模式，即讀模式和寫模式。在讀模式下，可以從緩沖區中讀取數據，但不能向緩沖區中寫入數據。在寫模式下，可以向緩沖區中寫入數據，但不能從緩沖區中讀取數據。我們可以通過調用Buffer.flip()方法來切換緩沖區的讀寫模式。
下面是一個簡單的例子，演示了如何切換緩沖區的讀寫模式：
import java.nio.ByteBuffer;
public class BufferExample {
public static void main(String[] args) {
// 創建一個容量為10的ByteBuffer緩沖區
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
// 寫入數據
buffer.put((byte) 1);
buffer.put((byte) 2);
buffer.put((byte) 3);
// 切換到讀模式，準備從緩沖區中讀取數據
buffer.flip();
// 讀取數據
System.out.println(buffer.get());
System.out.println(buffer.get());
// 切換到寫模式，準備向緩沖區中寫入數據
buffer.clear();
// 再次寫入數據
buffer.put((byte) 4);
buffer.put((byte) 5);
// 切換到讀模式，準備從緩沖區中讀取數據
buffer.flip();
// 讀取數據
while (buffer.hasRemaining()) {
System.out.println(buffer.get());
}
}
}清空（Clear）
清空緩沖區會將緩沖區的位置重置為0，限制設置為容量，并丟棄任何已經存在的數據。該方法可以在寫模式下調用。我們可以通過調用Buffer.clear()方法來清空緩沖區。
下面是一個簡單的例子，演示了如何清空緩沖區：
import java.nio.ByteBuffer;
public class BufferExample {
public static void main(String[] args) {
// 創建一個容量為10的ByteBuffer緩沖區
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
// 寫入數據
buffer.put((byte) 1);
buffer.put((byte) 2);
buffer.put((byte) 3);
// 清空緩沖區
buffer.clear();
// 向緩沖區中寫入數據
buffer.put((byte) 4);
buffer.put((byte) 5);
// 切換到讀模式，準備從緩沖區中讀取數據
buffer.flip();
// 讀取數據
while (buffer.hasRemaining()) {
System.out.println(buffer.get());
}
}
}翻轉（Flip）
翻轉緩沖區會將緩沖區的限制設置為當前位置，并將位置重置為0。該方法可以在寫模式下調用。我們可以通過調用Buffer.flip()方法來翻轉緩沖區。
下面是一個簡單的例子，演示了如何翻轉緩沖區：
import java.nio.ByteBuffer;
public class BufferExample {
public static void main(String[] args) {
// 創建一個容量為10的ByteBuffer緩沖區
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
// 寫入數據
buffer.put((byte) 1);
buffer.put((byte) 2);
buffer.put((byte) 3);
// 翻轉緩沖區
buffer.flip();
// 讀取數據
while (buffer.hasRemaining()) {
System.out.println(buffer.get());
}
}
}壓縮（Compact）
壓縮緩沖區會將緩沖區中未讀取的數據復制到緩沖區的開頭，然后將緩沖區的位置設置為未讀取數據的末尾。該方法可以在讀模式下調用。我們可以通過調用Buffer.compact()方法來壓縮緩沖區。
下面是一個簡單的例子，演示了如何壓縮緩沖區：
import java.nio.ByteBuffer;
public class BufferExample {
public static void main(String[] args) {
// 創建一個容量為10的ByteBuffer緩沖區
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
// 寫入數據
buffer.put((byte) 1);
buffer.put((byte) 2);
buffer.put((byte) 3);
// 切換到讀模式，準備從緩沖區中讀取數據
buffer.flip();
// 讀取數據
System.out.println(buffer.get());
System.out.println(buffer.get());
// 壓縮緩沖區
buffer.compact();
// 向緩沖區中寫入數據
buffer.put((byte) 4);
buffer.put((byte) 5);
// 切換到讀模式，準備從緩沖區中讀取數據
buffer.flip();
// 讀取數據
while (buffer.hasRemaining()) {
System.out.println(buffer.get());
}
}
}總之，緩沖區是Java NIO中的一個重要概念，它提供了一種高效的方式來處理數據。我們可以使用緩沖區讀取和寫入數據，還可以使用緩沖區的其他方法來管理緩沖區中的數據。了解緩沖區的特性和用法，可以幫助我們更好地理解Java NIO的工作原理，并編寫高效的NIO程序。
