1 /*
2  * Copyright (c) 2000, 2016, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
3  * DO NOT ALTER OR REMOVE COPYRIGHT NOTICES OR THIS FILE HEADER.
4  *
5  * This code is free software; you can redistribute it and/or modify it
6  * under the terms of the GNU General Public License version 2 only, as
7  * published by the Free Software Foundation.  Oracle designates this
8  * particular file as subject to the "Classpath" exception as provided
9  * by Oracle in the LICENSE file that accompanied this code.
10  *
11  * This code is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
12  * ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
13  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
14  * version 2 for more details (a copy is included in the LICENSE file that
15  * accompanied this code).
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU General Public License version
18  * 2 along with this work; if not, write to the Free Software Foundation,
19  * Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA.
20  *
21  * Please contact Oracle, 500 Oracle Parkway, Redwood Shores, CA 94065 USA
22  * or visit www.oracle.com if you need additional information or have any
23  * questions.
24  */

25
26 package java.nio;
27
28 import jdk.internal.HotSpotIntrinsicCandidate;
29 import jdk.internal.misc.JavaNioAccess;
30 import jdk.internal.misc.SharedSecrets;
31 import jdk.internal.misc.Unsafe;
32
33 import java.util.Spliterator;
34
35 /**
36  * A container for data of a specific primitive type.
37  *
38  * <p> A buffer is a linear, finite sequence of elements of a specific
39  * primitive type.  Aside from its content, the essential properties of a
40  * buffer are its capacity, limit, and position: </p>
41  *
42  * <blockquote>
43  *
44  *   <p> A buffer's <i>capacity</i> is the number of elements it contains.  The
45  *   capacity of a buffer is never negative and never changes.  </p>
46  *
47  *   <p> A buffer's <i>limit</i> is the index of the first element that should
48  *   not be read or written.  A buffer's limit is never negative and is never
49  *   greater than its capacity.  </p>
50  *
51  *   <p> A buffer's <i>position</i> is the index of the next element to be
52  *   read or written.  A buffer's position is never negative and is never
53  *   greater than its limit.  </p>
54  *
55  * </blockquote>
56  *
57  * <p> There is one subclass of this class for each non-boolean primitive type.
58  *
59  *
60  * <h2> Transferring data </h2>
61  *
62  * <p> Each subclass of this class defines two categories of <i>get</i> and
63  * <i>put</i> operations: </p>
64  *
65  * <blockquote>
66  *
67  *   <p> <i>Relative</i> operations read or write one or more elements starting
68  *   at the current position and then increment the position by the number of
69  *   elements transferred.  If the requested transfer exceeds the limit then a
70  *   relative <i>get</i> operation throws a {@link BufferUnderflowException}
71  *   and a relative <i>put</i> operation throws a {@link
72  *   BufferOverflowException}; in either case, no data is transferred.  </p>
73  *
74  *   <p> <i>Absolute</i> operations take an explicit element index and do not
75  *   affect the position.  Absolute <i>get</i> and <i>put</i> operations throw
76  *   an {@link IndexOutOfBoundsException} if the index argument exceeds the
77  *   limit.  </p>
78  *
79  * </blockquote>
80  *
81  * <p> Data may also, of course, be transferred in to or out of a buffer by the
82  * I/O operations of an appropriate channel, which are always relative to the
83  * current position.
84  *
85  *
86  * <h2> Marking and resetting </h2>
87  *
88  * <p> A buffer's <i>mark</i> is the index to which its position will be reset
89  * when the {@link #reset reset} method is invoked.  The mark is not always
90  * defined, but when it is defined it is never negative and is never greater
91  * than the position.  If the mark is defined then it is discarded when the
92  * position or the limit is adjusted to a value smaller than the mark.  If the
93  * mark is not defined then invoking the {@link #reset reset} method causes an
94  * {@link InvalidMarkException} to be thrown.
95  *
96  *
97  * <h2> Invariants </h2>
98  *
99  * <p> The following invariant holds for the mark, position, limit, and
100  * capacity values:
101  *
102  * <blockquote>
103  *     {@code 0} {@code <=}
104  *     <i>mark</i> {@code <=}
105  *     <i>position</i> {@code <=}
106  *     <i>limit</i> {@code <=}
107  *     <i>capacity</i>
108  * </blockquote>
109  *
110  * <p> A newly-created buffer always has a position of zero and a mark that is
111  * undefined.  The initial limit may be zero, or it may be some other value
112  * that depends upon the type of the buffer and the manner in which it is
113  * constructed.  Each element of a newly-allocated buffer is initialized
114  * to zero.
115  *
116  *
117  * <h2> Additional operations </h2>
118  *
119  * <p> In addition to methods for accessing the position, limit, and capacity
120  * values and for marking and resetting, this class also defines the following
121  * operations upon buffers:
122  *
123  * <ul>
124  *
125  *   <li><p> {@link #clear} makes a buffer ready for a new sequence of
126  *   channel-read or relative <i>put</i> operations: It sets the limit to the
127  *   capacity and the position to zero.  </p></li>
128  *
129  *   <li><p> {@link #flip} makes a buffer ready for a new sequence of
130  *   channel-write or relative <i>get</i> operations: It sets the limit to the
131  *   current position and then sets the position to zero.  </p></li>
132  *
133  *   <li><p> {@link #rewind} makes a buffer ready for re-reading the data that
134  *   it already contains: It leaves the limit unchanged and sets the position
135  *   to zero.  </p></li>
136  *
137  *   <li><p> {@link #slice} creates a subsequence of a buffer: It leaves the
138  *   limit and the position unchanged. </p></li>
139  *
140  *   <li><p> {@link #duplicate} creates a shallow copy of a buffer: It leaves
141  *   the limit and the position unchanged. </p></li>
142  *
143  * </ul>
144  *
145  *
146  * <h2> Read-only buffers </h2>
147  *
148  * <p> Every buffer is readable, but not every buffer is writable.  The
149  * mutation methods of each buffer class are specified as <i>optional
150  * operations</i> that will throw a {@link ReadOnlyBufferException} when
151  * invoked upon a read-only buffer.  A read-only buffer does not allow its
152  * content to be changed, but its mark, position, and limit values are mutable.
153  * Whether or not a buffer is read-only may be determined by invoking its
154  * {@link #isReadOnly isReadOnly} method.
155  *
156  *
157  * <h2> Thread safety </h2>
158  *
159  * <p> Buffers are not safe for use by multiple concurrent threads.  If a
160  * buffer is to be used by more than one thread then access to the buffer
161  * should be controlled by appropriate synchronization.
162  *
163  *
164  * <h2> Invocation chaining </h2>
165  *
166  * <p> Methods in this class that do not otherwise have a value to return are
167  * specified to return the buffer upon which they are invoked.  This allows
168  * method invocations to be chained; for example, the sequence of statements
169  *
170  * <blockquote><pre>
171  * b.flip();
172  * b.position(23);
173  * b.limit(42);</pre></blockquote>
174  *
175  * can be replaced by the single, more compact statement
176  *
177  * <blockquote><pre>
178  * b.flip().position(23).limit(42);</pre></blockquote>
179  *
180  *
181  * @author Mark Reinhold
182  * @author JSR-51 Expert Group
183  * @since 1.4
184  */

185
186 public abstract class Buffer {
187     // Cached unsafe-access object
188     static final Unsafe UNSAFE = Unsafe.getUnsafe();
189
190     /**
191      * The characteristics of Spliterators that traverse and split elements
192      * maintained in Buffers.
193      */

194     static final int SPLITERATOR_CHARACTERISTICS =
195         Spliterator.SIZED | Spliterator.SUBSIZED | Spliterator.ORDERED;
196
197     // Invariants: mark <= position <= limit <= capacity
198     private int mark = -1;
199     private int position = 0;
200     private int limit;
201     private int capacity;
202
203     // Used by heap byte buffers or direct buffers with Unsafe access
204     // For heap byte buffers this field will be the address relative to the
205     // array base address and offset into that array. The address might
206     // not align on a word boundary for slices, nor align at a long word
207     // (8 byte) boundary for byte[] allocations on 32-bit systems.
208     // For direct buffers it is the start address of the memory region. The
209     // address might not align on a word boundary for slices, nor when created
210     // using JNI, see NewDirectByteBuffer(void*, long).
211     // Should ideally be declared final
212     // NOTE: hoisted here for speed in JNI GetDirectBufferAddress
213     long address;
214
215     // Creates a new buffer with the given mark, position, limit, and capacity,
216     // after checking invariants.
217     //
218     Buffer(int mark, int pos, int lim, int cap) {       // package-private
219         if (cap < 0)
220             throw createCapacityException(cap);
221         this.capacity = cap;
222         limit(lim);
223         position(pos);
224         if (mark >= 0) {
225             if (mark > pos)
226                 throw new IllegalArgumentException("mark > position: ("
227                                                    + mark + " > " + pos + ")");
228             this.mark = mark;
229         }
230     }
231
232     /**
233      * Returns an {@code IllegalArgumentException} indicating that the source
234      * and target are the same {@code Buffer}.  Intended for use in
235      * {@code put(src)} when the parameter is the {@code Buffer} on which the
236      * method is being invoked.
237      *
238      * @return  IllegalArgumentException
239      *          With a message indicating equal source and target buffers
240      */

241     static IllegalArgumentException createSameBufferException() {
242         return new IllegalArgumentException("The source buffer is this buffer");
243     }
244
245     /**
246      * Verify that the capacity is nonnegative.
247      *
248      * @param  capacity
249      *         The new buffer's capacity, in $type$s
250      *
251      * @throws  IllegalArgumentException
252      *          If the {@code capacity} is a negative integer
253      */

254     static IllegalArgumentException createCapacityException(int capacity) {
255         assert capacity < 0 : "capacity expected to be negative";
256         return new IllegalArgumentException("capacity < 0: ("
257             + capacity + " < 0)");
258     }
259
260     /**
261      * Returns this buffer's capacity.
262      *
263      * @return  The capacity of this buffer
264      */

265     public final int capacity() {
266         return capacity;
267     }
268
269     /**
270      * Returns this buffer's position.
271      *
272      * @return  The position of this buffer
273      */

274     public final int position() {
275         return position;
276     }
277
278     /**
279      * Sets this buffer's position.  If the mark is defined and larger than the
280      * new position then it is discarded.
281      *
282      * @param  newPosition
283      *         The new position value; must be non-negative
284      *         and no larger than the current limit
285      *
286      * @return  This buffer
287      *
288      * @throws  IllegalArgumentException
289      *          If the preconditions on {@code newPosition} do not hold
290      */

291     public Buffer position(int newPosition) {
292         if (newPosition > limit | newPosition < 0)
293             throw createPositionException(newPosition);
294         position = newPosition;
295         if (mark > position) mark = -1;
296         return this;
297     }
298
299     /**
300      * Verify that {@code 0 < newPosition <= limit}
301      *
302      * @param newPosition
303      *        The new position value
304      *
305      * @throws IllegalArgumentException
306      *         If the specified position is out of bounds.
307      */

308     private IllegalArgumentException createPositionException(int newPosition) {
309         String msg = null;
310
311         if (newPosition > limit) {
312             msg = "newPosition > limit: (" + newPosition + " > " + limit + ")";
313         } else { // assume negative
314             assert newPosition < 0 : "newPosition expected to be negative";
315             msg = "newPosition < 0: (" + newPosition + " < 0)";
316         }
317
318         return new IllegalArgumentException(msg);
319     }
320
321     /**
322      * Returns this buffer's limit.
323      *
324      * @return  The limit of this buffer
325      */

326     public final int limit() {
327         return limit;
328     }
329
330     /**
331      * Sets this buffer's limit.  If the position is larger than the new limit
332      * then it is set to the new limit.  If the mark is defined and larger than
333      * the new limit then it is discarded.
334      *
335      * @param  newLimit
336      *         The new limit value; must be non-negative
337      *         and no larger than this buffer's capacity
338      *
339      * @return  This buffer
340      *
341      * @throws  IllegalArgumentException
342      *          If the preconditions on {@code newLimit} do not hold
343      */

344     public Buffer limit(int newLimit) {
345         if (newLimit > capacity | newLimit < 0)
346             throw createLimitException(newLimit);
347         limit = newLimit;
348         if (position > limit) position = limit;
349         if (mark > limit) mark = -1;
350         return this;
351     }
352
353     /**
354      * Verify that {@code 0 < newLimit <= capacity}
355      *
356      * @param newLimit
357      *        The new limit value
358      *
359      * @throws IllegalArgumentException
360      *         If the specified limit is out of bounds.
361      */

362     private IllegalArgumentException createLimitException(int newLimit) {
363         String msg = null;
364
365         if (newLimit > capacity) {
366             msg = "newLimit > capacity: (" + newLimit + " > " + capacity + ")";
367         } else { // assume negative
368             assert newLimit < 0 : "newLimit expected to be negative";
369             msg = "newLimit < 0: (" + newLimit + " < 0)";
370         }
371
372         return new IllegalArgumentException(msg);
373     }
374
375     /**
376      * Sets this buffer's mark at its position.
377      *
378      * @return  This buffer
379      */

380     public Buffer mark() {
381         mark = position;
382         return this;
383     }
384
385     /**
386      * Resets this buffer's position to the previously-marked position.
387      *
388      * <p> Invoking this method neither changes nor discards the mark's
389      * value. </p>
390      *
391      * @return  This buffer
392      *
393      * @throws  InvalidMarkException
394      *          If the mark has not been set
395      */

396     public Buffer reset() {
397         int m = mark;
398         if (m < 0)
399             throw new InvalidMarkException();
400         position = m;
401         return this;
402     }
403
404     /**
405      * Clears this buffer.  The position is set to zero, the limit is set to
406      * the capacity, and the mark is discarded.
407      *
408      * <p> Invoke this method before using a sequence of channel-read or
409      * <i>put</i> operations to fill this buffer.  For example:
410      *
411      * <blockquote><pre>
412      * buf.clear();     // Prepare buffer for reading
413      * in.read(buf);    // Read data</pre></blockquote>
414      *
415      * <p> This method does not actually erase the data in the buffer, but it
416      * is named as if it did because it will most often be used in situations
417      * in which that might as well be the case. </p>
418      *
419      * @return  This buffer
420      */

421     public Buffer clear() {
422         position = 0;
423         limit = capacity;
424         mark = -1;
425         return this;
426     }
427
428     /**
429      * Flips this buffer.  The limit is set to the current position and then
430      * the position is set to zero.  If the mark is defined then it is
431      * discarded.
432      *
433      * <p> After a sequence of channel-read or <i>put</i> operations, invoke
434      * this method to prepare for a sequence of channel-write or relative
435      * <i>get</i> operations.  For example:
436      *
437      * <blockquote><pre>
438      * buf.put(magic);    // Prepend header
439      * in.read(buf);      // Read data into rest of buffer
440      * buf.flip();        // Flip buffer
441      * out.write(buf);    // Write header + data to channel</pre></blockquote>
442      *
443      * <p> This method is often used in conjunction with the {@link
444      * java.nio.ByteBuffer#compact compact} method when transferring data from
445      * one place to another.  </p>
446      *
447      * @return  This buffer
448      */

449     public Buffer flip() {
450         limit = position;
451         position = 0;
452         mark = -1;
453         return this;
454     }
455
456     /**
457      * Rewinds this buffer.  The position is set to zero and the mark is
458      * discarded.
459      *
460      * <p> Invoke this method before a sequence of channel-write or <i>get</i>
461      * operations, assuming that the limit has already been set
462      * appropriately.  For example:
463      *
464      * <blockquote><pre>
465      * out.write(buf);    // Write remaining data
466      * buf.rewind();      // Rewind buffer
467      * buf.get(array);    // Copy data into array</pre></blockquote>
468      *
469      * @return  This buffer
470      */

471     public Buffer rewind() {
472         position = 0;
473         mark = -1;
474         return this;
475     }
476
477     /**
478      * Returns the number of elements between the current position and the
479      * limit.
480      *
481      * @return  The number of elements remaining in this buffer
482      */

483     public final int remaining() {
484         return limit - position;
485     }
486
487     /**
488      * Tells whether there are any elements between the current position and
489      * the limit.
490      *
491      * @return  {@code trueif, and only if, there is at least one element
492      *          remaining in this buffer
493      */

494     public final boolean hasRemaining() {
495         return position < limit;
496     }
497
498     /**
499      * Tells whether or not this buffer is read-only.
500      *
501      * @return  {@code trueif, and only ifthis buffer is read-only
502      */

503     public abstract boolean isReadOnly();
504
505     /**
506      * Tells whether or not this buffer is backed by an accessible
507      * array.
508      *
509      * <p> If this method returns {@code true} then the {@link #array() array}
510      * and {@link #arrayOffset() arrayOffset} methods may safely be invoked.
511      * </p>
512      *
513      * @return  {@code trueif, and only ifthis buffer
514      *          is backed by an array and is not read-only
515      *
516      * @since 1.6
517      */

518     public abstract boolean hasArray();
519
520     /**
521      * Returns the array that backs this
522      * buffer&nbsp;&nbsp;<i>(optional operation)</i>.
523      *
524      * <p> This method is intended to allow array-backed buffers to be
525      * passed to native code more efficiently. Concrete subclasses
526      * provide more strongly-typed return values for this method.
527      *
528      * <p> Modifications to this buffer's content will cause the returned
529      * array's content to be modified, and vice versa.
530      *
531      * <p> Invoke the {@link #hasArray hasArray} method before invoking this
532      * method in order to ensure that this buffer has an accessible backing
533      * array.  </p>
534      *
535      * @return  The array that backs this buffer
536      *
537      * @throws  ReadOnlyBufferException
538      *          If this buffer is backed by an array but is read-only
539      *
540      * @throws  UnsupportedOperationException
541      *          If this buffer is not backed by an accessible array
542      *
543      * @since 1.6
544      */

545     public abstract Object array();
546
547     /**
548      * Returns the offset within this buffer's backing array of the first
549      * element of the buffer&nbsp;&nbsp;<i>(optional operation)</i>.
550      *
551      * <p> If this buffer is backed by an array then buffer position <i>p</i>
552      * corresponds to array index <i>p</i>&nbsp;+&nbsp;{@code arrayOffset()}.
553      *
554      * <p> Invoke the {@link #hasArray hasArray} method before invoking this
555      * method in order to ensure that this buffer has an accessible backing
556      * array.  </p>
557      *
558      * @return  The offset within this buffer's array
559      *          of the first element of the buffer
560      *
561      * @throws  ReadOnlyBufferException
562      *          If this buffer is backed by an array but is read-only
563      *
564      * @throws  UnsupportedOperationException
565      *          If this buffer is not backed by an accessible array
566      *
567      * @since 1.6
568      */

569     public abstract int arrayOffset();
570
571     /**
572      * Tells whether or not this buffer is
573      * <a href="ByteBuffer.html#direct"><i>direct</i></a>.
574      *
575      * @return  {@code trueif, and only ifthis buffer is direct
576      *
577      * @since 1.6
578      */

579     public abstract boolean isDirect();
580
581     /**
582      * Creates a new buffer whose content is a shared subsequence of
583      * this buffer's content.
584      *
585      * <p> The content of the new buffer will start at this buffer's current
586      * position.  Changes to this buffer's content will be visible in the new
587      * buffer, and vice versa; the two buffers' position, limit, and mark
588      * values will be independent.
589      *
590      * <p> The new buffer's position will be zero, its capacity and its limit
591      * will be the number of elements remaining in this buffer, its mark will be
592      * undefined. The new buffer will be direct if, and only ifthis buffer is
593      * direct, and it will be read-only if, and only ifthis buffer is
594      * read-only.  </p>
595      *
596      * @return  The new buffer
597      *
598      * @since 9
599      */

600     public abstract Buffer slice();
601
602     /**
603      * Creates a new buffer that shares this buffer's content.
604      *
605      * <p> The content of the new buffer will be that of this buffer.  Changes
606      * to this buffer's content will be visible in the new buffer, and vice
607      * versa; the two buffers' position, limit, and mark values will be
608      * independent.
609      *
610      * <p> The new buffer's capacity, limit, position and mark values will be
611      * identical to those of this buffer. The new buffer will be direct if, and
612      * only ifthis buffer is direct, and it will be read-only if, and only if,
613      * this buffer is read-only.  </p>
614      *
615      * @return  The new buffer
616      *
617      * @since 9
618      */

619     public abstract Buffer duplicate();
620
621
622     // -- Package-private methods for bounds checking, etc. --
623
624     /**
625      *
626      * @return the base reference, paired with the address
627      * field, which in combination can be used for unsafe access into a heap
628      * buffer or direct byte buffer (and views of).
629      */

630     abstract Object base();
631
632     /**
633      * Checks the current position against the limit, throwing a {@link
634      * BufferUnderflowException} if it is not smaller than the limit, and then
635      * increments the position.
636      *
637      * @return  The current position value, before it is incremented
638      */

639     final int nextGetIndex() {                          // package-private
640         if (position >= limit)
641             throw new BufferUnderflowException();
642         return position++;
643     }
644
645     final int nextGetIndex(int nb) {                    // package-private
646         if (limit - position < nb)
647             throw new BufferUnderflowException();
648         int p = position;
649         position += nb;
650         return p;
651     }
652
653     /**
654      * Checks the current position against the limit, throwing a {@link
655      * BufferOverflowException} if it is not smaller than the limit, and then
656      * increments the position.
657      *
658      * @return  The current position value, before it is incremented
659      */

660     final int nextPutIndex() {                          // package-private
661         if (position >= limit)
662             throw new BufferOverflowException();
663         return position++;
664     }
665
666     final int nextPutIndex(int nb) {                    // package-private
667         if (limit - position < nb)
668             throw new BufferOverflowException();
669         int p = position;
670         position += nb;
671         return p;
672     }
673
674     /**
675      * Checks the given index against the limit, throwing an {@link
676      * IndexOutOfBoundsException} if it is not smaller than the limit
677      * or is smaller than zero.
678      */

679     @HotSpotIntrinsicCandidate
680     final int checkIndex(int i) {                       // package-private
681         if ((i < 0) || (i >= limit))
682             throw new IndexOutOfBoundsException();
683         return i;
684     }
685
686     final int checkIndex(int i, int nb) {               // package-private
687         if ((i < 0) || (nb > limit - i))
688             throw new IndexOutOfBoundsException();
689         return i;
690     }
691
692     final int markValue() {                             // package-private
693         return mark;
694     }
695
696     final void truncate() {                             // package-private
697         mark = -1;
698         position = 0;
699         limit = 0;
700         capacity = 0;
701     }
702
703     final void discardMark() {                          // package-private
704         mark = -1;
705     }
706
707     static void checkBounds(int off, int len, int size) { // package-private
708         if ((off | len | (off + len) | (size - (off + len))) < 0)
709             throw new IndexOutOfBoundsException();
710     }
711
712     static {
713         // setup access to this package in SharedSecrets
714         SharedSecrets.setJavaNioAccess(
715             new JavaNioAccess() {
716                 @Override
717                 public JavaNioAccess.BufferPool getDirectBufferPool() {
718                     return Bits.BUFFER_POOL;
719                 }
720                 @Override
721                 public ByteBuffer newDirectByteBuffer(long addr, int cap, Object ob) {
722                     return new DirectByteBuffer(addr, cap, ob);
723                 }
724                 @Override
725                 public void truncate(Buffer buf) {
726                     buf.truncate();
727                 }
728             });
729     }
730
731 }
732