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;
 2 
 3 import java.io.*;
 4 
 5 public class PipedOutputStream extends OutputStream {
 6 
 7     // 与PipedOutputStream通信的PipedInputStream对象
 8     private PipedInputStream sink;
 9 
10     // 构造函数,指定配对的PipedInputStream
11     public PipedOutputStream(PipedInputStream snk)  throws IOException {
12         connect(snk);
13     }
14 
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     }
38 
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     }
47 
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;
  2 
  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;
 11 
 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
 14 
 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;
 19 
 20     // 缓冲区
 21     protected byte buffer[];
 22 
 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;
 27 
 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     }
 44 
 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     }
 57 
 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。

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