13. 小师妹学JavaIO之:NIO中那些奇怪的Buffer

简介

妖魔鬼怪快快显形，今天F师兄帮助小师妹来斩妖除魔啦，什么BufferB，BufferL，BufferRB，BufferRL，BufferS，BufferU，BufferRS，BufferRU统统给你剖析个清清楚楚明明白白。

Buffer的分类

小师妹：F师兄不都说JDK源码是最好的java老师吗？为程不识源码，就称牛人也枉然。但是我最近在学习NIO的时候竟然发现有些Buffer类居然没有注释，就那么突兀的写在哪里，让人好生心烦。

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居然还有这样的事情？快带F师兄去看看。

小师妹：F师兄你看，以ShortBuffer为例，它的子类怎么后面都带一些奇奇怪怪的字符：

什么什么BufferB，BufferL，BufferRB，BufferRL，BufferS，BufferU，BufferRS，BufferRU都来了，点进去看他们的源码也没有说明这些类到底是做什么的。

还真有这种事情，给我一个小时，让我仔细研究研究。

一个小时后，小师妹，经过我一个小时的辛苦勘察，结果发现，确实没有官方文档介绍这几个类到底是什么含义，但是师兄我掐指一算，好像发现了这些类之间的小秘密，且听为兄娓娓道来。

之前的文章，我们讲到Buffer根据类型可以分为ShortBuffer，LongBuffer，DoubleBuffer等等。

但是根据本质和使用习惯，我们又可以分为三类，分别是：ByteBufferAsXXXBuffer，DirectXXXBuffer和HeapXXXBuffer。

ByteBufferAsXXXBuffer主要将ByteBuffer转换成为特定类型的Buffer，比如CharBuffer，IntBuffer等等。

而DirectXXXBuffer则是和虚拟内存映射打交道的Buffer。

最后HeapXXXBuffer是在堆空间上面创建的Buffer。

Big Endian 和 Little Endian

小师妹，F师兄，你刚刚讲的都不重要，我就想知道类后面的B，L，R，S，U是做什么的。

好吧，在给你讲解这些内容之前，师兄我给你讲一个故事。

话说在明末浙江才女吴绛雪写过一首诗：《春 景 诗》

莺啼岸柳弄春晴， 柳弄春晴夜月明。 明月夜晴春弄柳， 晴春弄柳岸啼莺。

小师妹，可有看出什么特异之处？最好是多读几遍，读出声来。

小师妹：哇，F师兄，这首诗从头到尾和从尾到头读起来是一样的呀，又对称又有意境！

不错，这就是中文的魅力啦，根据读的方式不同，得出的结果也不同，其实在计算机世界也存在这样的问题。

我们知道在java中底层的最小存储单元是Byte，一个Byte是8bits，用16进制表示就是Ox00-OxFF。

java中除了byte，boolean是占一个字节以外，好像其他的类型都会占用多个字节。

如果以int来举例，int占用4个字节，其范围是从Ox00000000-OxFFFFFFFF,假如我们有一个int=Ox12345678，存到内存地址里面就有这样两种方式。

第一种Big Endian将高位的字节存储在起始地址

第二种Little Endian将地位的字节存储在起始地址

其实Big Endian更加符合人类的读写习惯，而Little Endian更加符合机器的读写习惯。

目前主流的两大CPU阵营中，PowerPC系列采用big endian方式存储数据，而x86系列则采用little endian方式存储数据。

如果不同的CPU架构直接进行通信，就由可能因为读取顺序的不同而产生问题。

java的设计初衷就是一次编写处处运行，所以自然也做了设计。

所以BufferB表示的是Big Endian的buffer，BufferL表示的是Little endian的Buffer。

而BufferRB，BufferRL表示的是两种只读Buffer。

aligned内存对齐

小师妹：F师兄，那这几个又是做什么用的呢？ BufferS，BufferU，BufferRS，BufferRU。

在讲解这几个类之前，我们先要回顾一下JVM中对象的存储方式。

还记得我们是怎么使用JOL来分析JVM的信息的吗？代码非常非常简单：

log.info("{}", VM.current().details());

输出结果：

## Running 64-bit HotSpot VM.
## Using compressed oop with 3-bit shift.
## Using compressed klass with 3-bit shift.
## WARNING | Compressed references base/shifts are guessed by the experiment!
## WARNING | Therefore, computed addresses are just guesses, and ARE NOT RELIABLE.
## WARNING | Make sure to attach Serviceability Agent to get the reliable addresses.
## Objects are 8 bytes aligned.
## Field sizes by type: 4, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]
## Array element sizes: 4, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 8, 8 [bytes]

上面的输出中，我们可以看到：Objects are 8 bytes aligned，这意味着所有的对象分配的字节都是8的整数倍。

再注意上面输出的一个关键字aligned，确认过眼神，是对的那个人。

aligned对齐的意思，表示JVM中的对象都是以8字节对齐的，如果对象本身占用的空间不足8字节或者不是8字节的倍数，则补齐。

还是用JOL来分析String对象：

[main] INFO com.flydean.JolUsage - java.lang.String object internals:
 OFFSET  SIZE      TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0    12           (object header)                           N/A
     12     4    byte[] String.value                              N/A
     16     4       int String.hash                               N/A
     20     1      byte String.coder                              N/A
     21     1   boolean String.hashIsZero                         N/A
     22     2           (loss due to the next object alignment)
Instance size: 24 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 2 bytes external = 2 bytes total

可以看到一个String对象占用24字节，但是真正有意义的是22字节，有两个2字节是补齐用的。

对齐的好处显而易见，就是CPU在读取数据的时候更加方便和快捷，因为CPU设定是一次读取多少字节来的，如果你存储是没有对齐的，则CPU读取起来效率会比较低。

现在可以回答部分问题：BufferU表示是unaligned，BufferRU表示是只读的unaligned。

小师妹：那BufferS和BufferRS呢？

这个问题其实还是很难回答的，但是经过师兄我的不断研究和探索，终于找到了答案：

先看下DirectShortBufferRU和DirectShortBufferRS的区别，两者的区别在两个地方，先看第一个Order：

DirectShortBufferRU:

public ByteOrder order() {
        return ((ByteOrder.nativeOrder() != ByteOrder.BIG_ENDIAN)
                ? ByteOrder.LITTLE_ENDIAN : ByteOrder.BIG_ENDIAN);
    }

DirectShortBufferRS：

public ByteOrder order() {
        return ((ByteOrder.nativeOrder() == ByteOrder.BIG_ENDIAN)
                ? ByteOrder.LITTLE_ENDIAN : ByteOrder.BIG_ENDIAN);
    }

可以看到DirectShortBufferRU的Order是跟nativeOrder是一致的。而DirectShortBufferRS的Order跟nativeOrder是相反的。

为什么相反？再看两者get方法的不同：

DirectShortBufferU：

public short get() {
        try {
            checkSegment();
            return ((UNSAFE.getShort(ix(nextGetIndex()))));
        } finally {
            Reference.reachabilityFence(this);
        }
    }

DirectShortBufferS：

public short get() {
        try {
            checkSegment();
            return (Bits.swap(UNSAFE.getShort(ix(nextGetIndex()))));
        } finally {
            Reference.reachabilityFence(this);
        }
    }

区别出来了，DirectShortBufferS在返回的时候做了一个bits的swap操作。

所以BufferS表示的是swap过后的Buffer，和BufferRS表示的是只读的swap过后的Buffer。

总结

不写注释实在是害死人啊！尤其是JDK自己也不写注释的情况下！

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本文作者：flydean程序那些事

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