编辑“︁Java Buffer”︁

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'''Java Buffer''' 是 Java NIO (New I/O) 中的一个核心组件，用于高效地处理原始数据（如整数、字符、字节等）。与传统的 I/O 相比，Buffer 提供了更灵活、更高效的数据读写方式，特别适用于大规模数据处理和网络通信场景。

== 概述 ==
Buffer 本质上是一个固定大小的线性数据结构，用于临时存储数据。它充当数据源（如文件、网络套接字）和数据接收器（如程序中的变量）之间的桥梁。Buffer 的主要特点包括：
* '''直接内存访问'''：Buffer 可以分配在堆内存或直接内存（Direct Memory）中，后者避免了 JVM 堆与操作系统之间的数据拷贝。
* '''读写模式切换'''：Buffer 支持 ''flip()'' 操作，可以在读写模式之间切换。
* '''位置标记'''：通过 ''position''、''limit'' 和 ''capacity'' 属性控制数据的读写范围。

== Buffer 类型 ==
Java NIO 提供了多种类型的 Buffer，每种对应一种基本数据类型：
* '''ByteBuffer'''：最常用的 Buffer，存储字节数据。
* '''CharBuffer'''：存储字符数据。
* '''IntBuffer'''、'''FloatBuffer'''、'''DoubleBuffer''' 等：存储对应的基本类型数据。

== 核心属性 ==
Buffer 通过以下属性管理数据：
* '''capacity'''：Buffer 的固定大小，创建后不可更改。
* '''position'''：下一个要读写的位置，初始为 0。
* '''limit'''：第一个不可读写的位置，初始等于 capacity。
* '''mark'''：临时标记的位置，可通过 ''reset()'' 恢复。

<mermaid>
graph LR
    A[Buffer State] --> B[capacity: 10]
    A --> C[position: 0]
    A --> D[limit: 10]
    A --> E[mark: undefined]
</mermaid>

== 基本操作 ==
=== 创建 Buffer ===
Buffer 可以通过静态方法 ''allocate()'' 或 ''wrap()'' 创建：
<syntaxhighlight lang="java">
// 分配一个容量为 1024 字节的 ByteBuffer
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

// 包装现有数组
byte[] bytes = {1, 2, 3};
ByteBuffer wrappedBuffer = ByteBuffer.wrap(bytes);
</syntaxhighlight>

=== 写入数据 ===
通过 ''put()'' 方法写入数据：
<syntaxhighlight lang="java">
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
buffer.put((byte) 'A');  // 写入字节 'A'
buffer.put((byte) 'B');  // 写入字节 'B'
System.out.println("Position after write: " + buffer.position());  // 输出: 2
</syntaxhighlight>

=== 读取数据 ===
需要先调用 ''flip()'' 切换为读模式：
<syntaxhighlight lang="java">
buffer.flip();  // 切换为读模式，position=0, limit=2
byte first = buffer.get();  // 读取 'A'
byte second = buffer.get(); // 读取 'B'
System.out.println("Read data: " + (char) first + ", " + (char) second);
</syntaxhighlight>

=== 清空 Buffer ===
''clear()'' 重置 Buffer（数据未删除）：
<syntaxhighlight lang="java">
buffer.clear();  // position=0, limit=capacity
</syntaxhighlight>

== 高级特性 ==
=== 直接缓冲区 ===
直接缓冲区（Direct Buffer）通过 ''allocateDirect()'' 创建，减少内存拷贝：
<syntaxhighlight lang="java">
ByteBuffer directBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);
</syntaxhighlight>

=== 视图缓冲区 ===
通过 ''asIntBuffer()'' 等方法创建视图，转换数据类型：
<syntaxhighlight lang="java">
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(16);
IntBuffer intBuffer = byteBuffer.asIntBuffer();
intBuffer.put(42);  // 写入 4 字节整数
</syntaxhighlight>

== 实际案例 ==
=== 文件拷贝 ===
使用 Buffer 高效拷贝文件：
<syntaxhighlight lang="java">
try (FileChannel src = new FileInputStream("source.txt").getChannel();
     FileChannel dest = new FileOutputStream("dest.txt").getChannel()) {
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(8192);  // 8KB 直接缓冲区
    while (src.read(buffer) != -1) {
        buffer.flip();
        dest.write(buffer);
        buffer.clear();
    }
}
</syntaxhighlight>

=== 网络通信 ===
SocketChannel 使用 Buffer 接收数据：
<syntaxhighlight lang="java">
SocketChannel channel = SocketChannel.open();
channel.connect(new InetSocketAddress("example.com", 80));
ByteBuffer request = ByteBuffer.wrap("GET / HTTP/1.1\r\n\r\n".getBytes());
channel.write(request);

ByteBuffer response = ByteBuffer.allocate(1024);
while (channel.read(response) > 0) {
    response.flip();
    System.out.println(new String(response.array()));
    response.clear();
}
</syntaxhighlight>

== 数学表示 ==
Buffer 的位置关系可以用以下公式表示：
<math>
0 \leq mark \leq position \leq limit \leq capacity
</math>

== 性能优化建议 ==
* 对于高频 I/O 操作，优先使用直接缓冲区（Direct Buffer）。
* 复用 Buffer 对象以减少内存分配开销。
* 批量操作（如 ''put(byte[])''）比单字节操作更高效。

== 总结 ==
Java Buffer 是 NIO 高效数据处理的基础，通过合理管理内存和状态，显著提升了 I/O 性能。掌握 Buffer 的核心操作和特性，是构建高性能 Java 应用的关键技能之一。

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