Buffer的重要field

buffer是线性、有限、指定类型的数据缓冲集合，在nio的定义中，buffer的关键属性：

  • capacity：最多能承载的元素数，永远非负且不会改变
  • limit：首个不能被读写的元素的index，永远非负且不会大于capacity，因为下标从0开始，limit=capacity时表示整个buffer可用
  • position：下一个应当被读写的元素的index，永远非负且不会大于limit
  • mark：用于reset的标记，当mark未被定义时，它是-1；当它被定义时，它永远非负且不会大于position

所以，我们有了以下的约束：0<=mark<=position<=limit<=capacity

ByteBuffer为例的读写操作

先研究读写操作对上述field的操作和要求，可以更好的理解之后部分对于Buffer给出的一些操作方法的意义。
对ByteBuffer的读写操作，最终会落到其声明为abstract的单个读写操作get()和put()上。

get()

ByteBuffer对它的约定是：读取position处的一个字节，并increment作为index的position。
以HeapByteBuffer为例，它的实体是分配在堆上的字节数组，其get实现方法为：

  1. public byte get() {
  2.     return hb[ix(nextGetIndex())];
  3. }

ix添加offset偏移，nextGetIndex()则检查后increment position，同时返回旧position。

put()

ByteBuffer对它的约定与get()类似，将一个字节写入position并increment之，实现省略。

HeapByteBuffer和DirectByteBuffer的区别

从实现上可以看到，hbb的操作对象是内存中的字节数组，而dbb则利用Unsafe提供的接口直接根据address读写内存，查阅资料可以得到，这个直接内存其实也是java进程malloc的内存，但相对于Java程序是堆外内存，可由jvm参数配置，不参与minorGC，同时也可以在配置的情况下不参与fullGC，总之是块法外之地，hbb向channel写数据时，首先需要将数据拷贝到DirectBuffer，这就意味着直接申请dbb可以省略一次拷贝，所以一般设计channel读写的buffer都申请为dbb。
XX:MaxDirectMemorySize参数可以配置直接内存大小，这块内存应由程序员悉心管理。

clear、flip、rewind

这三个方法在Buffer类中就已经被定义并声明为final，这些操作定义了基于上述field控制的buffer读写操纵手法。

clear

  1.  public final Buffer clear() {
  2.         position = 0;
  3.         limit = capacity;
  4.         mark = -1;
  5.         return this;
  6.  }

重置position到0，把limit设到最大，清除mark，相当与清除缓冲区的状态，invalid数据，并使得整个缓冲区可用。一般用于向buffer写入数据的准备。

filp

  1. public final Buffer flip() {
  2.     limit = position;
  3.     position = 0;
  4.     mark = -1;
  5.     return this;
  6. }

清除mark并使position和limit夹紧已读取的数据部分，该操作用于“翻转”读写操作，在一系列的读操作之后，通过filp()的调用使得从buffer读取操作准备就绪（写完了要读）。

rewind

  1.  public final Buffer rewind() {
  2.      position = 0;
  3.      mark = -1;
  4.      return this;
  5. }

清除mark并重置position，它用于一系列从buffer中读操作之后，其作用是重新读取上一波中已读取的数据。

mark和reset

这个机制使得操作Buffer时，能够提供比rewind更灵活的机制，用于在读写过程中提供回溯的机制。

  1.     public final Buffer mark() {
  2.         mark = position;
  3.         return this;
  4.     }
  7.     public final Buffer reset() {
  8.         int m = mark;
  9.         if (m < 0)
  10.             throw new InvalidMarkException();
  11.         position = m;// 这里引入m似乎是为了线程安全考虑？但Buffer并非是线程安全的结构
  12.         return this;
  13.     }

它在缓冲区中留下一个标记，可以提供读和写的回溯。

线程安全

显然，nio提供的Buffer并没有提供原子操作，因此不是线程安全的

存在的问题

Java nio提供的Buffer仍然存在一系列问题，如不能读写分离：filp只能支持由写模式转换为读模式，而在读过程中却无法插入写操作，否则就会覆盖需要读的内容，因此，netty重写了用于channel读写的buffer格式。