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面试题:Java NIO非阻塞I/O的缓冲区概念

请阐述Java NIO中缓冲区(Buffer)的主要类型及其特点,并且说明在非阻塞I/O场景下,如何利用缓冲区进行数据的读写操作。
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编程语言Java

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面试题答案

一键面试

缓冲区(Buffer)主要类型及其特点

  1. ByteBuffer
    • 特点:用于存储字节数据,是最基础的缓冲区类型,许多其他类型的缓冲区都是基于它构建的。它可以直接操作字节数组,支持直接缓冲区(Direct Buffer),直接缓冲区能减少数据在Java堆内存和 native 内存之间的拷贝,提高I/O性能,但创建和销毁开销较大。
  2. CharBuffer
    • 特点:专门用于存储字符数据,内部按字符(16位)进行处理。它使用特定的字符编码来读写数据,例如UTF - 16等。
  3. ShortBuffer
    • 特点:用于存储短整型数据(16位),按短整型的规则进行数据的读写操作。
  4. IntBuffer
    • 特点:存储整型数据(32位),提供了对整型数据的高效读写方法,常用于需要处理大量整数数据的场景。
  5. LongBuffer
    • 特点:处理长整型数据(64位),适用于需要操作长整型数值的I/O场景,例如文件中的长整型数据读写。
  6. FloatBuffer
    • 特点:存储单精度浮点型数据(32位),满足对浮点数据的I/O操作需求,提供相应的读写方法。
  7. DoubleBuffer
    • 特点:用于存储双精度浮点型数据(64位),在涉及高精度浮点数的I/O操作中使用,提供了针对双精度浮点数的读写功能。

在非阻塞I/O场景下利用缓冲区进行数据读写操作

  1. 读操作
    • 首先获取通道(如 SocketChannel),并将其配置为非阻塞模式:
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.configureBlocking(false);
- 创建一个合适的缓冲区,例如 `ByteBuffer`:
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
- 通过通道将数据读入缓冲区:
int bytesRead = socketChannel.read(buffer);
if (bytesRead == -1) {
    // 表示流结束
    socketChannel.close();
} else if (bytesRead > 0) {
    buffer.flip();
    // 处理缓冲区中的数据
    while (buffer.hasRemaining()) {
        byte b = buffer.get();
        // 具体处理逻辑
    }
    buffer.clear();
}
- `read` 方法返回读取的字节数。如果返回 -1,表示流结束。读取数据后,需要调用 `flip` 方法将缓冲区从写模式切换到读模式,处理完数据后再调用 `clear` 方法重置缓冲区,为下一次读取做准备。

2. 写操作 - 同样先获取通道并设置为非阻塞模式:

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.configureBlocking(false);
- 创建并填充缓冲区:
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap("Hello, NIO!".getBytes());
- 通过通道将缓冲区的数据写入:
while (buffer.hasRemaining()) {
    socketChannel.write(buffer);
}
- 直接使用 `write` 方法将缓冲区中的数据写入通道。在非阻塞模式下,`write` 方法可能不会一次性将缓冲区中的数据全部写完,所以需要在 `while` 循环中持续写入,直到缓冲区中没有剩余数据。