BufferedInputStream(缓冲输入流)详解_动力节点Java学院整理

2024-02-23 17:54:03 153

BufferedInputStream介绍

BufferedInputStream是缓冲输入流。它继承于FilterInputStream。
BufferedInputStream的作用是为另一个输入流添加一些功能，例如，提供“缓冲功能”以及支持“mark()标记”和“reset()重置方法”。
BufferedInputStream本质上是通过一个内部缓冲区数组实现的。例如，在新建某输入流对应的BufferedInputStream后，当我们通过read()读取输入流的数据时，BufferedInputStream会将该输入流的数据分批的填入到缓冲区中。每当缓冲区中的数据被读完之后，输入流会再次填充数据缓冲区；如此反复，直到我们读完输入流数据位置。

BufferedInputStream函数列表

BufferedInputStream(InputStreamin)
BufferedInputStream(InputStreamin,intsize)

synchronizedintavailable()
voidclose()
synchronizedvoidmark(intreadlimit)
booleanmarkSupported()
synchronizedintread()
synchronizedintread(byte[]buffer,intoffset,intbyteCount)
synchronizedvoidreset()
synchronizedlongskip(longbyteCount)

BufferedInputStream源码分析(基于jdk1.7.40)

packagejava.io;
importjava.util.concurrent.atomic.AtomicReferenceFieldUpdater;

publicclassBufferedInputStreamextendsFilterInputStream{

//默认的缓冲大小是8192字节
//BufferedInputStream会根据“缓冲区大小”来逐次的填充缓冲区；
//即，BufferedInputStream填充缓冲区，用户读取缓冲区，读完之后，BufferedInputStream会再次填充缓冲区。如此循环，直到读完数据...
privatestaticintdefaultBufferSize=8192;

//缓冲数组
protectedvolatilebytebuf[];

//缓存数组的原子更新器。
//该成员变量与buf数组的volatile关键字共同组成了buf数组的原子更新功能实现，
//即，在多线程中操作BufferedInputStream对象时，buf和bufUpdater都具有原子性(不同的线程访问到的数据都是相同的)
privatestaticfinal
AtomicReferenceFieldUpdaterbufUpdater=
AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater
(BufferedInputStream.class,byte[].class,"buf");

//当前缓冲区的有效字节数。
//注意，这里是指缓冲区的有效字节数，而不是输入流中的有效字节数。
protectedintcount;

//当前缓冲区的位置索引
//注意，这里是指缓冲区的位置索引，而不是输入流中的位置索引。
protectedintpos;

//当前缓冲区的标记位置
//markpos和reset()配合使用才有意义。操作步骤：
//(01)通过mark()函数，保存pos的值到markpos中。
//(02)通过reset()函数，会将pos的值重置为markpos。接着通过read()读取数据时，就会从mark()保存的位置开始读取。
protectedintmarkpos=-1;

//marklimit是标记的最大值。
//关于marklimit的原理，我们在后面的fill()函数分析中会详细说明。这对理解BufferedInputStream相当重要。
protectedintmarklimit;

//获取输入流
privateInputStreamgetInIfOpen()throwsIOException{
InputStreaminput=in;
if(input==null)
thrownewIOException("Streamclosed");
returninput;
}

//获取缓冲
privatebyte[]getBufIfOpen()throwsIOException{
byte[]buffer=buf;
if(buffer==null)
thrownewIOException("Streamclosed");
returnbuffer;
}

//构造函数：新建一个缓冲区大小为8192的BufferedInputStream
publicBufferedInputStream(InputStreamin){
this(in,defaultBufferSize);
}

//构造函数：新建指定缓冲区大小的BufferedInputStream
publicBufferedInputStream(InputStreamin,intsize){
super(in);
if(size<=0){
thrownewIllegalArgumentException("Buffersize<=0");
}
buf=newbyte[size];
}

//从“输入流”中读取数据，并填充到缓冲区中。
//后面会对该函数进行详细说明！
privatevoidfill()throwsIOException{
byte[]buffer=getBufIfOpen();
if(markpos<0)
pos=0;/*nomark:throwawaythebuffer*/
elseif(pos>=buffer.length)/*noroomleftinbuffer*/
if(markpos>0){/*canthrowawayearlypartofthebuffer*/
intsz=pos-markpos;
System.arraycopy(buffer,markpos,buffer,0,sz);
pos=sz;
markpos=0;
}elseif(buffer.length>=marklimit){
markpos=-1;/*buffergottoobig,invalidatemark*/
pos=0;/*dropbuffercontents*/
}else{/*growbuffer*/
intnsz=pos*2;
if(nsz>marklimit)
nsz=marklimit;
bytenbuf[]=newbyte[nsz];
System.arraycopy(buffer,0,nbuf,0,pos);
if(!bufUpdater.compareAndSet(this,buffer,nbuf)){
thrownewIOException("Streamclosed");
}
buffer=nbuf;
}
count=pos;
intn=getInIfOpen().read(buffer,pos,buffer.length-pos);
if(n>0)
count=n+pos;
}

//读取下一个字节
publicsynchronizedintread()throwsIOException{
//若已经读完缓冲区中的数据，则调用fill()从输入流读取下一部分数据来填充缓冲区
if(pos>=count){
fill();
if(pos>=count)
return-1;
}
//从缓冲区中读取指定的字节
returngetBufIfOpen()[pos++]&0xff;
}

//将缓冲区中的数据写入到字节数组b中。off是字节数组b的起始位置，len是写入长度
privateintread1(byte[]b,intoff,intlen)throwsIOException{
intavail=count-pos;
if(avail<=0){
//加速机制。
//如果读取的长度大于缓冲区的长度并且没有markpos，
//则直接从原始输入流中进行读取，从而避免无谓的COPY（从原始输入流至缓冲区，读取缓冲区全部数据，清空缓冲区，
//重新填入原始输入流数据）
if(len>=getBufIfOpen().length&&markpos<0){
returngetInIfOpen().read(b,off,len);
}
//若已经读完缓冲区中的数据，则调用fill()从输入流读取下一部分数据来填充缓冲区
fill();
avail=count-pos;
if(avail<=0)return-1;
}
intcnt=(avail=len)
returnn;
//ifnotclosedbutnobytesavailable,return
InputStreaminput=in;
if(input!=null&&input.available()<=0)
returnn;
}
}

//忽略n个字节
publicsynchronizedlongskip(longn)throwsIOException{
getBufIfOpen();//Checkforclosedstream
if(n<=0){
return0;
}
longavail=count-pos;

if(avail<=0){
//Ifnomarkpositionsetthendon'tkeepinbuffer
if(markpos<0)
returngetInIfOpen().skip(n);

//Fillinbuffertosavebytesforreset
fill();
avail=count-pos;
if(avail<=0)
return0;
}

longskipped=(avail(Integer.MAX_VALUE-avail)
?Integer.MAX_VALUE
:n+avail;
}

//标记“缓冲区”中当前位置。
//readlimit是marklimit，关于marklimit的作用，参考后面的说明。
publicsynchronizedvoidmark(intreadlimit){
marklimit=readlimit;
markpos=pos;
}

//将“缓冲区”中当前位置重置到mark()所标记的位置
publicsynchronizedvoidreset()throwsIOException{
getBufIfOpen();//Causeexceptionifclosed
if(markpos<0)
thrownewIOException("Resettingtoinvalidmark");
pos=markpos;
}

publicbooleanmarkSupported(){
returntrue;
}

//关闭输入流
publicvoidclose()throwsIOException{
byte[]buffer;
while((buffer=buf)!=null){
if(bufUpdater.compareAndSet(this,buffer,null)){
InputStreaminput=in;
in=null;
if(input!=null)
input.close();
return;
}
//ElseretryincaseanewbufwasCASedinfill()
}
}
}

说明：

要想读懂BufferedInputStream的源码，就要先理解它的思想。BufferedInputStream的作用是为其它输入流提供缓冲功能。创建BufferedInputStream时，我们会通过它的构造函数指定某个输入流为参数。BufferedInputStream会将该输入流数据分批读取，每次读取一部分到缓冲中；操作完缓冲中的这部分数据之后，再从输入流中读取下一部分的数据。
为什么需要缓冲呢？原因很简单，效率问题！缓冲中的数据实际上是保存在内存中，而原始数据可能是保存在硬盘或NandFlash等存储介质中；而我们知道，从内存中读取数据的速度比从硬盘读取数据的速度至少快10倍以上。
那干嘛不干脆一次性将全部数据都读取到缓冲中呢？第一，读取全部的数据所需要的时间可能会很长。第二，内存价格很贵，容量不像硬盘那么大。

下面，我就BufferedInputStream中最重要的函数fill()进行说明。其它的函数很容易理解，我就不详细介绍了，大家可以参考源码中的注释进行理解。

fill()源码如下：

privatevoidfill()throwsIOException{
byte[]buffer=getBufIfOpen();
if(markpos<0)
pos=0;
elseif(pos>=buffer.length){
if(markpos>0){/*canthrowawayearlypartofthebuffer*/
intsz=pos-markpos;
System.arraycopy(buffer,markpos,buffer,0,sz);
pos=sz;
markpos=0;
}elseif(buffer.length>=marklimit){
markpos=-1;/*buffergottoobig,invalidatemark*/
pos=0;/*dropbuffercontents*/
}else{/*growbuffer*/
intnsz=pos*2;
if(nsz>marklimit)
nsz=marklimit;
bytenbuf[]=newbyte[nsz];
System.arraycopy(buffer,0,nbuf,0,pos);
if(!bufUpdater.compareAndSet(this,buffer,nbuf)){
//Can'treplacebufiftherewasanasyncclose.
//Note:Thiswouldneedtobechangediffill()
//isevermadeaccessibletomultiplethreads.
//Butfornow,theonlywayCAScanfailisviaclose.
//assertbuf==null;
thrownewIOException("Streamclosed");
}
buffer=nbuf;
}
}

count=pos;
intn=getInIfOpen().read(buffer,pos,buffer.length-pos);
if(n>0)
count=n+pos;
}

根据fill()中的if...else...，下面我们将fill分为5种情况进行说明。

情况1：读取完buffer中的数据，并且buffer没有被标记

执行流程如下，
(01)read()函数中调用fill()
(02)fill()中的if(markpos<0)...
为了方便分析，我们将这种情况下fill()执行的操作等价于以下代码：

privatevoidfill()throwsIOException{
byte[]buffer=getBufIfOpen();
if(markpos<0)
pos=0;

count=pos;
intn=getInIfOpen().read(buffer,pos,buffer.length-pos);
if(n>0)
count=n+pos;
}

说明：

这种情况发生的情况是——输入流中有很长的数据，我们每次从中读取一部分数据到buffer中进行操作。每次当我们读取完buffer中的数据之后，并且此时输入流没有被标记；那么，就接着从输入流中读取下一部分的数据到buffer中。
其中，判断是否读完buffer中的数据，是通过if(pos>=count)来判断的；
判断输入流有没有被标记，是通过if(markpos<0)来判断的。

理解这个思想之后，我们再对这种情况下的fill()的代码进行分析，就特别容易理解了。
(01)if(markpos<0)它的作用是判断“输入流是否被标记”。若被标记，则markpos大于/等于0；否则markpos等于-1。
(02)在这种情况下：通过getInIfOpen()获取输入流，然后接着从输入流中读取buffer.length个字节到buffer中。
(03)count=n+pos;这是根据从输入流中读取的实际数据的多少，来更新buffer中数据的实际大小。

情况2：读取完buffer中的数据，buffer的标记位置>0，并且buffer中没有多余的空间

执行流程如下，
(01)read()函数中调用fill()
(02)fill()中的elseif(pos>=buffer.length)...
(03)fill()中的if(markpos>0)...

为了方便分析，我们将这种情况下fill()执行的操作等价于以下代码：

privatevoidfill()throwsIOException{
byte[]buffer=getBufIfOpen();
if(markpos>=0&&pos>=buffer.length){
if(markpos>0){
intsz=pos-markpos;
System.arraycopy(buffer,markpos,buffer,0,sz);
pos=sz;
markpos=0;
}
}

count=pos;
intn=getInIfOpen().read(buffer,pos,buffer.length-pos);
if(n>0)
count=n+pos;
}

说明：

这种情况发生的情况是——输入流中有很长的数据，我们每次从中读取一部分数据到buffer中进行操作。当我们读取完buffer中的数据之后，并且此时输入流存在标记时；那么，就发生情况2。此时，我们要保留“被标记位置”到“buffer末尾”的数据，然后再从输入流中读取下一部分的数据到buffer中。
其中，判断是否读完buffer中的数据，是通过if(pos>=count)来判断的；
判断输入流有没有被标记，是通过if(markpos<0)来判断的。
判断buffer中没有多余的空间，是通过if(pos>=buffer.length)来判断的。

理解这个思想之后，我们再对这种情况下的fill()代码进行分析，就特别容易理解了。
(01)intsz=pos-markpos;作用是“获取‘被标记位置'到‘buffer末尾'”的数据长度。
(02)System.arraycopy(buffer,markpos,buffer,0,sz);作用是“将buffer中从markpos开始的数据”拷贝到buffer中(从位置0开始填充，填充长度是sz)。接着，将sz赋值给pos，即pos就是“被标记位置”到“buffer末尾”的数据长度。
(03)intn=getInIfOpen().read(buffer,pos,buffer.length-pos);从输入流中读取出“buffer.length-pos”的数据，然后填充到buffer中。
(04)通过第(02)和(03)步组合起来的buffer，就是包含了“原始buffer被标记位置到buffer末尾”的数据，也包含了“从输入流中新读取的数据”。

注意：执行过情况2之后，markpos的值由“大于0”变成了“等于0”！

情况3：读取完buffer中的数据，buffer被标记位置=0，buffer中没有多余的空间，并且buffer.length>=marklimit

执行流程如下，
(01)read()函数中调用fill()
(02)fill()中的elseif(pos>=buffer.length)...
(03)fill()中的elseif(buffer.length>=marklimit)...

为了方便分析，我们将这种情况下fill()执行的操作等价于以下代码：

privatevoidfill()throwsIOException{
byte[]buffer=getBufIfOpen();
if(markpos>=0&&pos>=buffer.length){
if((markpos<=0)&&(buffer.length>=marklimit)){
markpos=-1;/*buffergottoobig,invalidatemark*/
pos=0;/*dropbuffercontents*/
}
}

count=pos;
intn=getInIfOpen().read(buffer,pos,buffer.length-pos);
if(n>0)
count=n+pos;
}

说明：这种情况的处理非常简单。首先，就是“取消标记”，即markpos=-1；然后，设置初始化位置为0，即pos=0；最后，再从输入流中读取下一部分数据到buffer中。

情况4：读取完buffer中的数据，buffer被标记位置=0，buffer中没有多余的空间，并且buffer.length

执行流程如下，
(01)read()函数中调用fill()
(02)fill()中的elseif(pos>=buffer.length)...
(03)fill()中的else{intnsz=pos*2;...}

为了方便分析，我们将这种情况下fill()执行的操作等价于以下代码：

privatevoidfill()throwsIOException{
byte[]buffer=getBufIfOpen();
if(markpos>=0&&pos>=buffer.length){
if((markpos<=0)&&(buffer.lengthmarklimit)
nsz=marklimit;
bytenbuf[]=newbyte[nsz];
System.arraycopy(buffer,0,nbuf,0,pos);
if(!bufUpdater.compareAndSet(this,buffer,nbuf)){
thrownewIOException("Streamclosed");
}
buffer=nbuf;
}
}

count=pos;
intn=getInIfOpen().read(buffer,pos,buffer.length-pos);
if(n>0)
count=n+pos;
}

说明：

这种情况的处理非常简单。
(01)新建一个字节数组nbuf。nbuf的大小是“pos*2”和“marklimit”中较小的那个数。

intnsz=pos*2;
if(nsz>marklimit)
nsz=marklimit;
bytenbuf[]=newbyte[nsz];

(02)接着，将buffer中的数据拷贝到新数组nbuf中。通过System.arraycopy(buffer,0,nbuf,0,pos)
(03)最后，从输入流读取部分新数据到buffer中。通过getInIfOpen().read(buffer,pos,buffer.length-pos);
注意：在这里，我们思考一个问题，“为什么需要marklimit，它的存在到底有什么意义？”我们结合“情况2”、“情况3”、“情况4”的情况来分析。

假设，marklimit是无限大的，而且我们设置了markpos。当我们从输入流中每读完一部分数据并读取下一部分数据时，都需要保存markpos所标记的数据；这就意味着，我们需要不断执行情况4中的操作，要将buffer的容量扩大……随着读取次数的增多，buffer会越来越大；这会导致我们占据的内存越来越大。所以，我们需要给出一个marklimit；当buffer>=marklimit时，就不再保存markpos的值了。

情况5：除了上面4种情况之外的情况

执行流程如下，
(01)read()函数中调用fill()
(02)fill()中的count=pos...

为了方便分析，我们将这种情况下fill()执行的操作等价于以下代码：

privatevoidfill()throwsIOException{
byte[]buffer=getBufIfOpen();

count=pos;
intn=getInIfOpen().read(buffer,pos,buffer.length-pos);
if(n>0)
count=n+pos;
}

说明：这种情况的处理非常简单。直接从输入流读取部分新数据到buffer中。

示例代码

关于BufferedInputStream中API的详细用法，参考示例代码(BufferedInputStreamTest.java)：

importjava.io.BufferedInputStream;
importjava.io.ByteArrayInputStream;
importjava.io.File;
importjava.io.InputStream;
importjava.io.FileInputStream;
importjava.io.IOException;
importjava.io.FileNotFoundException;
importjava.lang.SecurityException;

/**
*BufferedInputStream测试程序
*
*@authorskywang
*/
publicclassBufferedInputStreamTest{

privatestaticfinalintLEN=5;

publicstaticvoidmain(String[]args){
testBufferedInputStream();
}

/**
*BufferedInputStream的API测试函数
*/
privatestaticvoidtestBufferedInputStream(){

//创建BufferedInputStream字节流，内容是ArrayLetters数组
try{
Filefile=newFile("bufferedinputstream.txt");
InputStreamin=
newBufferedInputStream(
newFileInputStream(file),512);

//从字节流中读取5个字节。“abcde”，a对应0x61，b对应0x62，依次类推...
for(inti=0;i=0){
//读取“字节流的下一个字节”
inttmp=in.read();
System.out.printf("%d:0x%s\n",i,Integer.toHexString(tmp));
}
}

//若“该字节流”不支持标记功能，则直接退出
if(!in.markSupported()){
System.out.println("makenotsupported!");
return;
}

//标记“当前索引位置”，即标记第6个位置的元素--“f”
//1024对应marklimit
in.mark(1024);

//跳过22个字节。
in.skip(22);

//读取5个字节
byte[]buf=newbyte[LEN];
in.read(buf,0,LEN);
//将buf转换为String字符串。
Stringstr1=newString(buf);
System.out.printf("str1=%s\n",str1);

//重置“输入流的索引”为mark()所标记的位置，即重置到“f”处。
in.reset();
//从“重置后的字节流”中读取5个字节到buf中。即读取“fghij”
in.read(buf,0,LEN);
//将buf转换为String字符串。
Stringstr2=newString(buf);
System.out.printf("str2=%s\n",str2);

in.close();
}catch(FileNotFoundExceptione){
e.printStackTrace();
}catch(SecurityExceptione){
e.printStackTrace();
}catch(IOExceptione){
e.printStackTrace();
}
}
}

程序中读取的bufferedinputstream.txt的内容如下：

abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
0123456789
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

运行结果：

0:0x61
1:0x62
2:0x63
3:0x64
4:0x65
str1=01234
str2=fghij

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持毛票票。

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