管道流源码解析（PipedOutputStream和PipedInputStream）
管道流源码解析（PipedOutputStream和PipedInputStream）
PipedOutputStreamJDK6API：可以将管道输出流连接到管道输入流来创建通信管道。管道输出流是管道的发送端。通常，数据由某个线程写入 PipedOutputStream 对象，并由其他线程从连接的 PipedInputStream 读取。不建议对这两个对象尝试使用单个线程，因为这样可能会造成该线程死锁。如果某个线程正从连接的管道输入流中读取数据字节，但该线程不再处于活动状态，则该管道被视为处于 毁坏 状态。
PipedInputStreamJDK6API：管道输入流应该连接到管道输出流；管道输入流提供要写入管道输出流的所有数据字节。通常，数据由某个线程从 PipedInputStream 对象读取，并由其他线程将其写入到相应的 PipedOutputStream。不建议对这两个对象尝试使用单个线程，因为这样可能死锁线程。管道输入流包含一个缓冲区，可在缓冲区限定的范围内将读操作和写操作分离开。如果向连接管道输出流提供数据字节的线程不再存在，则认为该管道已损坏。
直接源码分析：
package java.io;
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3 import java.io.*;
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5 public class PipedOutputStream extends OutputStream {
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7 // 与PipedOutputStream通信的PipedInputStream对象
8 private PipedInputStream sink;
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10 // 构造函数，指定配对的PipedInputStream
11 public PipedOutputStream(PipedInputStream snk) throws IOException {
12 connect(snk);
13 }
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15 // 构造函数
16 public PipedOutputStream() {
17 }
18
19 // 将“管道输出流” 和 “管道输入流”连接。
20 public synchronized void connect(PipedInputStream snk) throws IOException {
21 if (snk == null) {
22 throw new NullPointerException();
23 } else if (sink != null || snk.connected) {
24 throw new IOException("Already connected");
25 }
26 // 设置“管道输入流”
27 sink = snk;
28 // 初始化“管道输入流”的读写位置
29 // int是PipedInputStream中定义的，代表“管道输入流”的读写位置
30 snk.in = -1;
31 // 初始化“管道输出流”的读写位置。
32 // out是PipedInputStream中定义的，代表“管道输出流”的读写位置
33 snk.out = 0;
34 // 设置“管道输入流”和“管道输出流”为已连接状态
35 // connected是PipedInputStream中定义的，用于表示“管道输入流与管道输出流”是否已经连接
36 snk.connected = true;
37 }
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39 // 将int类型b写入“管道输出流”中。
40 // 将b写入“管道输出流”之后，它会将b传输给“管道输入流”
41 public void write(int b) throws IOException {
42 if (sink == null) {
43 throw new IOException("Pipe not connected");
44 }
45 sink.receive(b);
46 }
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48 // 将字节数组b写入“管道输出流”中。
49 // 将数组b写入“管道输出流”之后，它会将其传输给“管道输入流”
50 public void write(byte b[], int off, int len) throws IOException {
51 if (sink == null) {
52 throw new IOException("Pipe not connected");
53 } else if (b == null) {
54 throw new NullPointerException();
55 } else if ((off < 0) || (off > b.length) || (len < 0) ||
56 ((off + len) > b.length) || ((off + len) < 0)) {
57 throw new IndexOutOfBoundsException();
58 } else if (len == 0) {
59 return;
60 }
61 // “管道输入流”接收数据
62 sink.receive(b, off, len);
63 }
64
65 // 清空“管道输出流”。
66 // 这里会调用“管道输入流”的notifyAll()；
67 // 目的是让“管道输入流”放弃对当前资源的占有，让其它的等待线程(等待读取管道输出流的线程)读取“管道输出流”的值。
68 public synchronized void flush() throws IOException {
69 if (sink != null) {
70 synchronized (sink) {
71 sink.notifyAll();
72 }
73 }
74 }
75
76 // 关闭“管道输出流”。
77 // 关闭之后，会调用receivedLast()通知“管道输入流”它已经关闭。
78 public void close() throws IOException {
79 if (sink != null) {
80 sink.receivedLast();
81 }
82 }
83 } package java.io;
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3 public class PipedInputStream extends InputStream {
4 // “管道输出流”是否关闭的标记
5 boolean closedByWriter = false;
6 // “管道输入流”是否关闭的标记
7 volatile boolean closedByReader = false;
8 // “管道输入流”与“管道输出流”是否连接的标记
9 // 它在PipedOutputStream的connect()连接函数中被设置为true
10 boolean connected = false;
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12 Thread readSide; // 读取“管道”数据的线程
13 Thread writeSide; // 向“管道”写入数据的线程
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15 // “管道”的默认大小
16 private static final int DEFAULT_PIPE_SIZE = 1024;
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18 protected static final int PIPE_SIZE = DEFAULT_PIPE_SIZE;
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20 // 缓冲区
21 protected byte buffer[];
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23 //下一个写入字节的位置。in==out代表满，说明“写入的数据”全部被读取了。
24 protected int in = -1;
25 //下一个读取字节的位置。in==out代表满，说明“写入的数据”全部被读取了。
26 protected int out = 0;
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28 // 构造函数：指定与“管道输入流”关联的“管道输出流”
29 public PipedInputStream(PipedOutputStream src) throws IOException {
30 this(src, DEFAULT_PIPE_SIZE);
31 }
32
33 // 构造函数：指定与“管道输入流”关联的“管道输出流”，以及“缓冲区大小”
34 public PipedInputStream(PipedOutputStream src, int pipeSize)
35 throws IOException {
36 initPipe(pipeSize);
37 connect(src);
38 }
39
40 // 构造函数：默认缓冲区大小是1024字节
41 public PipedInputStream() {
42 initPipe(DEFAULT_PIPE_SIZE);
43 }
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45 // 构造函数：指定缓冲区大小是pipeSize
46 public PipedInputStream(int pipeSize) {
47 initPipe(pipeSize);
48 }
49
50 // 初始化“管道”：新建缓冲区大小
51 private void initPipe(int pipeSize) {
52 if (pipeSize <= 0) {
53 throw new IllegalArgumentException("Pipe Size <= 0");
54 }
55 buffer = new byte[pipeSize];
56 }
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58 // 将“管道输入流”和“管道输出流”绑定。
59 // 实际上，这里调用的是PipedOutputStream的connect()函数
60 public void connect(PipedOutputStream src) throws IOException {
61 src.connect(this);
62 }
63
64 // 接收int类型的数据b。
65 // 它只会在PipedOutputStream的write(int b)中会被调用
66 protected synchronized void receive(int b) throws IOException {
67 // 检查管道状态
68 checkStateForReceive();
69 // 获取“写入管道”的线程
70 writeSide = Thread.currentThread();
71 // 若“写入管道”的数据正好全部被读取完，则等待。
72 if (in == out)
73 awaitSpace();
74 if (in < 0) {
75 in = 0;
76 out = 0;
77 }
78 // 将b保存到缓冲区
79 buffer[in++] = (byte)(b & 0xFF);
80 if (in >= buffer.length) {
81 in = 0;
82 }
83 }
84
85 // 接收字节数组b。
86 synchronized void receive(byte b[], int off, int len) throws IOException {
87 // 检查管道状态
88 checkStateForReceive();
89 // 获取“写入管道”的线程
90 writeSide = Thread.currentThread();
91 int bytesToTransfer = len;
92 while (bytesToTransfer > 0) {
93 // 若“写入管道”的数据正好全部被读取完，则等待。
94 if (in == out)
95 awaitSpace();
96 int nextTransferAmount = 0;
97 // 如果“管道中被读取的数据，少于写入管道的数据”；
98 // 则设置nextTransferAmount=“buffer.length - in”
99 if (out < in) {
100 nextTransferAmount = buffer.length - in;
101 } else if (in < out) { // 如果“管道中被读取的数据，大于/等于写入管道的数据”，则执行后面的操作
102 // 若in==-1(即管道的写入数据等于被读取数据)，此时nextTransferAmount = buffer.length - in;
103 // 否则，nextTransferAmount = out - in;
104 if (in == -1) {
105 in = out = 0;
106 nextTransferAmount = buffer.length - in;
107 } else {
108 nextTransferAmount = out - in;
109 }
110 }
111 if (nextTransferAmount > bytesToTransfer)
112 nextTransferAmount = bytesToTransfer;
113 // assert断言的作用是，若nextTransferAmount <= 0，则终止程序。
114 assert(nextTransferAmount > 0);
115 // 将数据写入到缓冲中
116 System.arraycopy(b, off, buffer, in, nextTransferAmount);
117 bytesToTransfer -= nextTransferAmount;
118 off += nextTransferAmount;
119 in += nextTransferAmount;
120 if (in >= buffer.length) {
121 in = 0;
122 }
123 }
124 }
125
126 // 检查管道状态
127 private void checkStateForReceive() throws IOException {
128 if (!connected) {
129 throw new IOException("Pipe not connected");
130 } else if (closedByWriter || closedByReader) {
131 throw new IOException("Pipe closed");
132 } else if (readSide != null && !readSide.isAlive()) {
133 throw new IOException("Read end dead");
134 }
135 }
136
137 // 等待。
138 // 若“写入管道”的数据正好全部被读取完(例如，管道缓冲满)，则执行awaitSpace()操作；
139 // 它的目的是让“读取管道的线程”管道产生读取数据请求，从而才能继续的向“管道”中写入数据。
140 private void awaitSpace() throws IOException {
141
142 // 如果“管道中被读取的数据，等于写入管道的数据”时，
143 // 则每隔1000ms检查“管道状态”，并唤醒管道操作：若有“读取管道数据线程被阻塞”，则唤醒该线程。
144 while (in == out) {
145 checkStateForReceive();
146
147 /* full: kick any waiting readers */
148 notifyAll();
149 try {
150 wait(1000);
151 } catch (InterruptedException ex) {
152 throw new java.io.InterruptedIOException();
153 }
154 }
155 }
156
157 // 当PipedOutputStream被关闭时，被调用
158 synchronized void receivedLast() {
159 closedByWriter = true;
160 notifyAll();
161 }
162
163 // 从管道(的缓冲)中读取一个字节，并将其转换成int类型
164 public synchronized int read() throws IOException {
165 if (!connected) {
166 throw new IOException("Pipe not connected");
167 } else if (closedByReader) {
168 throw new IOException("Pipe closed");
169 } else if (writeSide != null && !writeSide.isAlive()
170 && !closedByWriter && (in < 0)) {
171 throw new IOException("Write end dead");
172 }
173
174 readSide = Thread.currentThread();
175 int trials = 2;
176 while (in < 0) {
177 if (closedByWriter) {
178 /* closed by writer, return EOF */
179 return -1;
180 }
181 if ((writeSide != null) && (!writeSide.isAlive()) && (--trials < 0)) {
182 throw new IOException("Pipe broken");
183 }
184 /* might be a writer waiting */
185 notifyAll();
186 try {
187 wait(1000);
188 } catch (InterruptedException ex) {
189 throw new java.io.InterruptedIOException();
190 }
191 }
192 int ret = buffer[out++] & 0xFF;
193 if (out >= buffer.length) {
194 out = 0;
195 }
196 if (in == out) {
197 /* now empty */
198 in = -1;
199 }
200
201 return ret;
202 }
203
204 // 从管道(的缓冲)中读取数据，并将其存入到数组b中
205 public synchronized int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {
206 if (b == null) {
207 throw new NullPointerException();
208 } else if (off < 0 || len < 0 || len > b.length - off) {
209 throw new IndexOutOfBoundsException();
210 } else if (len == 0) {
211 return 0;
212 }
213
214 /* possibly wait on the first character */
215 int c = read();
216 if (c < 0) {
217 return -1;
218 }
219 b[off] = (byte) c;
220 int rlen = 1;
221 while ((in >= 0) && (len > 1)) {
222
223 int available;
224
225 if (in > out) {
226 available = Math.min((buffer.length - out), (in - out));
227 } else {
228 available = buffer.length - out;
229 }
230
231 // A byte is read beforehand outside the loop
232 if (available > (len - 1)) {
233 available = len - 1;
234 }
235 System.arraycopy(buffer, out, b, off + rlen, available);
236 out += available;
237 rlen += available;
238 len -= available;
239
240 if (out >= buffer.length) {
241 out = 0;
242 }
243 if (in == out) {
244 /* now empty */
245 in = -1;
246 }
247 }
248 return rlen;
249 }
250
251 // 返回不受阻塞地从此输入流中读取的字节数。
252 public synchronized int available() throws IOException {
253 if(in < 0)
254 return 0;
255 else if(in == out)
256 return buffer.length;
257 else if (in > out)
258 return in - out;
259 else
260 return in + buffer.length - out;
261 }
262
263 // 关闭管道输入流
264 public void close() throws IOException {
265 closedByReader = true;
266 synchronized (this) {
267 in = -1;
268 }
269 }
270 }初步理解：管道输入流和输出流公用一个字节数组，可以使用PipedOutputStream向PipedInputStream中定义的字节数组中int数据类型和字节数组类型，PipedOutputStream中的write()方法本质就是调用PipedInputStream的receiver()方法。PipedInputStream主要用来读取字节数组中的数据。PipedOutputStream主要用来向字节数组写入数据。
这是本小弟的初步理解，若有大神请赐教。