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Die nio.Buffer Hierarchie

Die in Java 1.4 eingeführten und in Java 1.7 ergänzten Channels arbeiten mit den ebenfalls in 1.4 eingeführten Buffers zusammen. Channels sind Verallgemeinerungen der Reader- und Writerklassen ebenso wie der Streamklassen. Channels lesen oder schreiben Daten von einem Medium. Für den Programmierer erfolgt der Zugriff auf diese Daten über Buffers. Die Channels schreiben gelesene Daten in einen Buffer und umgekehrt lesen Sie den Inhalt von Buffers aus um Daten zu schreiben. Die Buffers werden vom Entwickler erzeugt und gelesen oder gefüllt.

Buffer ist eine abstrakte Klasse die folgende Realisierungen hat: ByteBuffer, CharBuffer, DoubleBuffer, FloatBuffer, IntBuffer, LongBuffer, ShortBuffer und MappedByteBuffer, siehe die obige Graphik. MappedByteBuffer wird hier nicht behandelt.

Alle Realisierungen der abstrakten Klasse Buffer die sich auf einen primitiven Datentyp beziehen verwenden im Hintergrund ein Array des entsprechenden primitiven Datentyps um die Daten zu speichern. Der Zugriff auf dieses Array wird jedoch über die Methoden gesteuert, die die abstrakte Klasse Buffer zur Verfügung stellt und die die Realisierungen ergänzen.

Die folgende Tabelle listet die Methoden der Klasse Buffer auf.

Die Kapazität (capacity) ist die bei der Instantiierung eines konkreten Buffers festgelegte Größe, also die Anzahl der Elemente, die der Buffer aufnehmen kann. Diese ist fest.

Der Zugriff auf einen Buffer erfolgt wie bei einem Array über einen Index. Es gibt verschiedene Arten von Indices. Die Position (position) ist der Index, an dem das nächste Element gelesen oder geschrieben werden kann. Die Anfangsposition ist 0. Die Position kann sich durch Lese- oder Schreibvorgänge automatisch ändern. Die Position kann aber auch von Hand gesetzt und gelesen werden. Es gilt die Ungleichung

0 <= position <= capacity

Das Limit ist der Index des ersten Elements ab dem keine Lese- oder Schreiboperationen stattfinden sollen. Das Limit ist zu Beginn gleich der Kapazität und wird dann nicht mehr automatisch gesetzt. Das Limit kann mit Methoden gelesen oder gesetzt werden. Aus der Definition des Limits folgt die Ungleichung:

0 <= position <= limit <= capacity

Zusätzlich ist es möglich eine Markierung zu setzen. Eine Markierung ist zu Anfang nicht gesetzt. Eine Markierung kann nach einer Positionierung gesetzt werden und markiert dann diese Position. Eine unbeabsichtige Löschung einer Markierung kann zu einer InvalidMarkException führen. Es gilt die erweiterte Ungleichung:

0 <= mark <= position <= limit <= capacity

clear() setzt die Position auf 0, das Limit auf capacity und die Markierung wird gelöscht. Daten werden nicht gelöscht.

rewind() setzt die Position auf 0, das Limit bleibt unverändert und die Markierung wird gelöscht. Daten werden nicht gelöscht.

reset() versucht die Position auf die Markierung zu zurückzusetzen! Gibt es keine Markierung so wird eine InvalidMarkException geworfen. Daten werden nicht gelöscht.

clear(), rewind() löschen die Markierung. Eine Positionierung vor den Wert der Markierung löscht ebenfalls die Markierung.

Es gibt keine Methode zum Löschen der Daten. Daten können aber durch Positionierung überschrieben werden. Für Buffers, die intern mit einem Array arbeiten (und das sind alle Implementierungen der primitiven Datentypen) gibt es jedoch eine Möglichkeit. Man holt sich mit der Methode array() das interne Array und setzt dann die Methode fill() der Utilityklasse Arrays ein. Für einen ByteBuffer sieht das so aus:

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(256);

// ... Buffer enthält Daten

Arrays.fill(buffer.array(), (byte)0);

// Inhalt mit 0 überschrieben

Die sich von Buffer direkt ableitenden Klassen sind zwar selbst wieder abstrakt, implementieren aber die Methoden aus Buffer. Es gibt für jeden primitiven Datentyp (außer boolean) eine entsprechende Bufferklasse. Alle diese Klassen verfügen über die statischen Methoden allocate() und wrap() mit denen man Bufferobjekte ins Leben rufen kann. Im folgenden werden zwei Bufferobjekte angelegt, ein Doublebuffer mit einem internen Array der Größe 256 und ein ByteBuffer mit Hilfe eines externen Arrays.

DoubleBuffer buffer = DoubleBuffer.allocate(256);

byte[] arr = new byte[128];
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(arr);

Die zu den primitiven datentypen gehörenden Bufferklassen haben die Mehrzahl ihrer Methoden in dem Sinne gemein, daß sie sich nur im primitiven Datentyp unterscheiden. Diese Methoden sind hier zusammengestellt. Xxx steht dabei für Byte bzw. Char bzw. Double bzw. Float bzw. Int bzw. Long bzw. Short.