2.4 字節(jié)緩沖區(qū)

在本章節(jié)中，我們將進(jìn)一步觀察字節(jié)緩沖區(qū)。所有的基本數(shù)據(jù)類型都有相應(yīng)的緩沖區(qū)類(布爾型除外)，但字節(jié)緩沖區(qū)有自己的獨(dú)特之處。字節(jié)是操作系統(tǒng)及其 I/O 設(shè)備使用的基本數(shù)據(jù)類型。當(dāng)在 JVM 和操作系統(tǒng)間傳遞數(shù)據(jù)時(shí)，將其他的數(shù)據(jù)類型拆分成構(gòu)成它們的字節(jié)是十分必要的。如我們?cè)诤竺娴恼鹿?jié)中將要看到的那樣，系統(tǒng)層次的 I/O 面向字節(jié)的性質(zhì)可以在整個(gè)緩沖區(qū)的設(shè)計(jì)以及它們互相配合的服務(wù)中感受到。

為了提供參考，以下是ByteBuffer的完整 API。這些函數(shù)有些已經(jīng)在前面的章節(jié)中討論，并且僅僅是針對(duì)具體類型的版本。新的函數(shù)將在本節(jié)以及后面的章節(jié)中涉及。

package java.nio;
public abstract class ByteBuffer extends Buffer implements Comparable
{
public static ByteBuffer allocate (int capacity)
public static ByteBuffer allocateDirect (int capacity)
public abstract boolean isDirect();
public static ByteBuffer wrap (byte[] array, int offset, int length)
public static ByteBuffer wrap (byte[] array)
public abstract ByteBuffer duplicate();
public abstract ByteBuffer asReadOnlyBuffer();
public abstract ByteBuffer slice();
public final boolean hasArray()
public final byte [] array()
public final int arrayOffset()
public abstract byte get();
public abstract byte get (int index);
public ByteBuffer get (byte[] dst, int offset, int length)
public ByteBuffer get (byte[] dst, int offset, int length)
public abstract ByteBuffer put (byte b);
public abstract ByteBuffer put (int index, byte b);
public ByteBuffer put (ByteBuffer src)
public ByteBuffer put (byte[] src, int offset, int length)
public final ByteBuffer put (byte[] src)
public final ByteOrder order()
public final ByteBuffer order (ByteOrder bo)
public abstract CharBuffer asCharBuffer();
public abstract ShortBuffer asShortBuffer();
public abstract IntBuffer asIntBuffer();
public abstract LongBuffer asLongBuffer();
public abstract FloatBuffer asFloatBuffer();
public abstract DoubleBuffer asDoubleBuffer();
public abstract char getChar();
public abstract char getChar(int index);
public abstract ByteBuffer putChar (char value);
public abstract ByteBuffer putChar (int index, char value);
public abstract short getShort();
public abstract short getShort (int index);
public abstract ByteBuffer putShort (short value);
public abstract ByteBuffer putShort (int index, short value);
public abstract int getInt();
public abstract int getInt (int index);
public abstract ByteBuffer putInt (int value);
public abstract ByteBuffer putInt (int index, int value);
public abstract long getLong();
public abstract long getLong (int index);
public abstract ByteBuffer putLong (long value);
public abstract ByteBuffer putLong (int index, long value);
public abstract float getFloat();
public abstract float getFloat (int index);
public abstract ByteBuffer putFloat (float value);
public abstract ByteBuffer putFloat (int index, float value);
public abstract double getDouble();
public abstract double getDouble (int index);
public abstract ByteBuffer putDouble (double value);
public abstract ByteBuffer putDouble (int index, double value);
public abstract ByteBuffer compact();
public boolean equals (Object ob)
public int compareTo (Object ob)
public String toString()
public int hashCode()
}

字節(jié)總是八位的，對(duì)嗎？
目前，字節(jié)幾乎被廣泛認(rèn)為是八個(gè)比特位。但這并非一直是實(shí)情。在過(guò)去的時(shí)代，每個(gè)字節(jié)可以是3到12之間任何個(gè)數(shù)或者更多個(gè)的比特位，最常見(jiàn)的是6到9位。八位的字節(jié)來(lái)自于市場(chǎng)力量和實(shí)踐的結(jié)合。它之所以實(shí)用是因?yàn)?位足以表達(dá)可用的字符集(至少是英文字符)，8是2 的三次乘方(這簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì))，八恰好容納兩個(gè)十六進(jìn)制數(shù)字，而且8的倍數(shù)提供了足夠的組合位來(lái)存儲(chǔ)有效的數(shù)值。最初的市場(chǎng)推廣力量是IBM。在 1960 年首先推出的 IBM360 大型機(jī)使用的就是8位字節(jié)。

2.4.1 字節(jié)順序

非字節(jié)類型的基本類型，除了布爾型都是由組合在一起的幾個(gè)字節(jié)組成的。這些數(shù)據(jù)類型及其大小總結(jié)在表 2-1 中。

每個(gè)基本數(shù)據(jù)類型都是以連續(xù)字節(jié)序列的形式存儲(chǔ)在內(nèi)存中。例如，32位的int值0x037fb4c7(十進(jìn)制的58,700,999)可能會(huì)如圖 2-14 所顯示的那樣被塞入內(nèi)存字節(jié)中(內(nèi)存地址從左往右增加)。注意前一個(gè)句子中的「可能」一詞。盡管字節(jié)大小已經(jīng)被確定，但字節(jié)順序問(wèn)題一直沒(méi)有被廣泛認(rèn)同。表示一個(gè)整型值的字節(jié)可能在內(nèi)存中僅僅如圖 2-15 所示的那樣被簡(jiǎn)單地排列。

圖 2.14 大端字節(jié)順序

布爾型代表兩種值：true或false。一個(gè)字節(jié)可以包含256個(gè)唯一值，所以一個(gè)布爾值不能準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)到一個(gè)或多個(gè)字節(jié)上。字節(jié)是所有緩沖區(qū)的構(gòu)造塊。NIO 架構(gòu)決定了布爾緩沖區(qū)的執(zhí)行是有疑問(wèn)的，而且對(duì)這種緩沖區(qū)類型的需求不管怎么說(shuō)都是頗具爭(zhēng)議的。

圖 2.15 小端字節(jié)順序

多字節(jié)數(shù)值被存儲(chǔ)在內(nèi)存中的方式一般被稱為endian-ness(字節(jié)順序)。如果數(shù)字?jǐn)?shù)值的最高字節(jié)——big end(大端)，位于低位地址，那么系統(tǒng)就是大端字節(jié)順序(如圖 2-14 所示)。如果最低字節(jié)最先保存在內(nèi)存中，那么小端字節(jié)順序(如圖 2-15 所示)。

字節(jié)順序很少由軟件設(shè)計(jì)者決定；它通常取決于硬件設(shè)計(jì)。字節(jié)順序的兩種類型有時(shí)被稱為字節(jié)性別，在當(dāng)今被廣泛使用。兩種方式都具有自身的優(yōu)勢(shì)。Intel 處理器使用小端字節(jié)順序涉及。摩托羅拉的CPU系列、SUN的Sparc工作站，以及PowerPC的CPU架構(gòu)都采用大端字節(jié)順序。

字節(jié)順序的問(wèn)題甚至勝過(guò)CPU硬件設(shè)計(jì)。當(dāng)Internet的設(shè)計(jì)者為互聯(lián)各種類型的計(jì)算機(jī)而設(shè)計(jì)網(wǎng)際協(xié)議(IP)時(shí)，他們意識(shí)到了在具有不同內(nèi)部字節(jié)順序的系統(tǒng)間傳遞數(shù)值數(shù)據(jù)的問(wèn)題。因此，IP協(xié)議規(guī)定了使用大端的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序概念。所有在IP分組報(bào)文的協(xié)議部分中使用的多字節(jié)數(shù)值必須先在本地主機(jī)字節(jié)順序和通用的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

在java.nio中，字節(jié)順序由ByteOrder類封裝。

package java.nio;
public final class ByteOrder
{
public static final ByteOrder BIG_ENDIAN
public static final ByteOrder LITTLE_ENDIAN
public static ByteOrder nativeOrder( )
public String toString( )
}

ByteOrder類定義了決定從緩沖區(qū)中存儲(chǔ)或檢索多字節(jié)數(shù)值時(shí)使用哪一字節(jié)順序的常量。這個(gè)類的作用就像一個(gè)類型安全的枚舉。它定義了以其本身實(shí)例預(yù)初始化的兩個(gè)public區(qū)域。只有這兩個(gè)ByteOrder實(shí)例總是存在于 JVM 中，因此它們可以通過(guò)使用--操作符進(jìn)行比較。如果您需要知道JVM運(yùn)行的硬件平臺(tái)的固有字節(jié)順序，請(qǐng)調(diào)用靜態(tài)類函數(shù)nativeOrder()。它將返回兩個(gè)已確定常量中的一個(gè)。調(diào)用toString()將返回一個(gè)包含兩個(gè)文字字符串BIG_ENDIAN或者LITTLE_ENDIAN之一的String。

每個(gè)緩沖區(qū)類都具有一個(gè)能夠通過(guò)調(diào)用order()查詢的當(dāng)前字節(jié)順序設(shè)定。

public abstract class CharBuffer extends Buffer implements Comparable, CharSequence
{
// 這里僅列出部分API
public final ByteOrder order()
}

因特網(wǎng)技術(shù)將字節(jié)成為八位位組(octet)。如側(cè)欄所介紹的，一個(gè)字節(jié)的大小是有歧義的。通過(guò)使用「octet」這一術(shù)語(yǔ)，IP規(guī)則明確表明字節(jié)由八個(gè)位組成。

這個(gè)函數(shù)從ByteOrder返回兩個(gè)常量之一。對(duì)于除了ByteOrder之外的其他緩沖區(qū)類，字節(jié)順序是一個(gè)只讀屬性，并且可能根據(jù)緩沖區(qū)的建立方式而采用不同的值。除了ByteBuffer，其他通過(guò)分配或包裝一個(gè)數(shù)組所創(chuàng)建的緩沖區(qū)將從order()返回與ByteOrder.nativeOrder()相同的數(shù)值。這使因?yàn)榘诰彌_區(qū)中的元素在JVM中將會(huì)被作為基本數(shù)據(jù)直接存取。

ByteBuffer類有所不同：默認(rèn)字節(jié)順序總是ByteBuffer.BIG_ENDIAN，無(wú)論系統(tǒng)的固有字節(jié)順序是什么。Java的默認(rèn)字節(jié)順序是大端字節(jié)順序，這允許類文件等以及串行化的對(duì)象可以在任何JVM中工作。如果固有硬件字節(jié)順序是小端，這會(huì)有性能隱患。在使用固有硬件字節(jié)順序時(shí)，將ByteBuffer的內(nèi)容當(dāng)作其他數(shù)據(jù)類型存取(很快就會(huì)討論到)很可能高效得多。 很可能您會(huì)對(duì)為什么ByteBuffer類需要一個(gè)字節(jié)順序設(shè)定這一問(wèn)題感到困惑。字節(jié)就是字節(jié)，對(duì)嗎？當(dāng)然，但是如您不久將在 2.4.4 節(jié)所看到的那樣，ByteBuffer對(duì)象像其他基本數(shù)據(jù)類型一樣，具有大量便利的函數(shù)用于獲取和存放緩沖區(qū)內(nèi)容。這些函數(shù)對(duì)字節(jié)進(jìn)行編碼或解碼的方式取決于 ByteBuffer當(dāng)前字節(jié)順序的設(shè)定。ByteBuffer的字符順序設(shè)定可以隨時(shí)通過(guò)調(diào)用以ByteOrder.BIG_ENDIAN或ByteOrder.LITTL_ENDIAN為參數(shù)的order()函數(shù)來(lái)改變。

public abstract class ByteBuffer extends Buffer implements Comparable
{
// 這里僅列出部分API
public final ByteOrder order()
public final ByteBuffer order (ByteOrder bo)
}

如果一個(gè)緩沖區(qū)被創(chuàng)建為一個(gè)ByteBuffer對(duì)象的視圖(參見(jiàn) 2.4.3 節(jié))，那么order()返回的數(shù)值就是視圖被創(chuàng)建時(shí)其創(chuàng)建源頭的 ByteBuffer的字節(jié)順序設(shè)定。視圖的字節(jié)順序設(shè)定在創(chuàng)建后不能被改變，而且如果原始的字節(jié)緩沖區(qū)的字節(jié)順序在之后被改變，它也不會(huì)受到影響。

Java nio入門教程詳解(八)