JAVA NIO 缓冲区

缓冲区简介
操作系统有用户空间与系统空间的概念，JVM对应的JAVA进程是位于用户空间的，处于该空间的进程不能直接访问硬件设备，当JAVA进程要进行I/O操作时，只能通过系统调用将控制权交给内核，内核准备好进程所需要的数据，将这些数据拷贝到用户空间缓冲区（如下图所示）。

JAVA中将缓冲区抽象为Buffer类，Buffer类中几个重要属性和方法
mark(标记)：标记位，初始值为-1。通过调用mark()方法将mark设置为position，调用reset()方法将position设置为mark值，也就是还原到上一次标记的位置。在调用reset()方法时如果mark没有设置会抛出InvalidMarkException这个异常。
position(位置)：表示Buffer中第一个可以被读取或者写入的位置，调用put()方法时先调用nextPutIndex()获取当前位置，然后会将position+1。
limit(限制)：表示Buffer中第一个不可读取或者写入的位置，调用limit(int)设置limit的值。
capacity(容量)：表示Buffer初始大小，一但创建后不可改变。
这几个属于有个不变式：0<=mark<=position<=limit<=capacity.
clear()：清除缓冲区，重置mark，position设置为0，limit设置为capacity;
reset()：将position设置为mark;
flip()：将limit设置为position的位置，position设置为0.该方法常常与compact()方法配合使用,先看compact()方法，再看它们如何配合的;
compact()：这是Buffer的子类拥有的方法，文档中的解释是这样的：压缩此缓冲区,将缓冲区当前位置和界限之间的数据（如果有）复制到缓冲区的开始处。即将索引 p = position() 处的数据复制到索引0处，将索引 p + 1 处的 int 复制到索引 1 处，依此类推，直到将索引 limit() - 1 处的 int 复制到索引 n = limit() - 1 - p 处。然后将缓冲区的位置设置为 n+1，并将其界限设置为其容量。如果已定义了标记，则丢弃它。相当于把position与limit之间的数据整体移动到开始位置，其实是把0到position这段数据擦除掉。
以下是通过缓冲区将字节从一个channel复制到另一个channel的代码片段：
[java]
buf.clear();
while (in.read(buf) >= 0 || buf.position != 0) {
    buf.flip();
    out.write(buf);
    buf.compact();
}

buf.clear();
while (in.read(buf) >= 0 || buf.position != 0) {
     buf.flip();
     out.write(buf);
     buf.compact();
}

以上代码可以看出由于buf容量有限不可能将数据一次性写入buf，需要分批写入。写入时positon有变化，需要将position设置为0才能读取，读取的最大长度其实就是position所在的位置，flip()方法做的就是这个事儿。
但out.write(buf)有可能只写入了buf中的部分数据，compact做的事就是把这部分没用的数据覆盖掉，等待下次将剩余数据写入通道。FileChannel的write方法会修改buffer的position值，满足while循环条件，进入循环体进行下一次读取。
rewind()：重绕缓冲区，将position设置为0，如果想把一个缓冲区的数据写入多个目标需要用到此方法。

字节缓冲区
Buffer类是抽象类，它有很多子类： ByteBuffer, CharBuffer, DoubleBuffer, FloatBuffer, IntBuffer, LongBuffer, ShortBuffer.以ByteBuffer来分析缓冲区的实现。

ByteBuffer也是一个抽象类，它有两种实现：HeapByteBuffer 和 DirectByteBuffer。
HeapByteBuffer对象和普通对象一样，分配在JVM的堆上，由垃圾回收器回收，在底层维护着一个字节数组，数组长度不可变。
调用allocate方法可以分配一个新的字节缓冲区。新缓冲区的位置将为零，其界限将为其容量，其标记是不确定的。它将具有一个底层实现数组，且其数组偏移量将为零。除此外还可以通过wrap方法将现有字节数组包装成一个缓冲区，修改缓冲区内容会同时修改字节数组。
DirectByteBuffer是通过底层的malloc()分配空间，在JVM之外，其实现细节可以参考java.nio.Bits类。当有大量文件需要以内存映射的形式映射到内存中时，首选DirectByteBuffer。

直接缓冲区
字节缓冲区要么是直接的，要么是非直接的，最大的区别是于内存位置不同。直接缓冲区可以通过allocateDirect方法来创建，也可以通过内存映射来创建，如果为直接字节缓冲区JVM会尽最大努力直接在此缓冲区上执行本机 I/O 操作。
非直接缓冲区写入步骤：
1.创建一个临时的直接ByteBuffer对象。
2.将非直接缓冲区的内容复制到临时缓冲中。
3.使用临时缓冲区执行低层次I/O操作。
4.临时缓冲区对象离开作用域，并最终成为被回收的无用数据。

如果采用直接缓冲区会少一次复制过程，如果需要循环使用缓冲区，用直接缓冲区可以很大地提高性能。虽然直接缓冲区使JVM可以进行高效的I/o操作，但它使用的内存是操作系统分配的，绕过了JVM堆栈，建立和销毁比堆栈上的缓冲区要更大的开销。

补充：软件开发 , Java ,