Java_io体系之PipedInputStream、PipedOutputStream简介、走进源码及示例——06
Java_io体系之PipedInputStream/PipedOutputStream简介、走进源码及示例——06
——管道输出流、必须建立在管道输入流之上、所以先介绍管道输出流。可以先看源码或者总结、总结写的有点Q、不喜可无视、有误的地方指出则不胜感激。
一：PipedOutputStream
1、 类功能简介：
管道字节输出流、用于将当前线程的指定字节写入到与此线程对应的管道输入流中去、所以PipedInputStream（pis）、PipedOutputStream（pos）必须配套使用、缺一不可。管道字节输出流的本质就是调用pis中的方法将字节或者字节数组写入到pis中、这一点是与众不同的地方。所以pos中的方法很少也很简单、主要就是负责将传入的pis与本身绑定、配对使用、然后就是调用绑定的pis的写入方法、将字节或者字节数组写入到pis的缓存字节数组中。
2、 PipedOutputStream API简介：
A：关键字段
PipedInputStream sink; 与当前管道字节输出流pos配对的管道字节输入流B：构造方法
PipedOutputStream(PipedInputStream snk); 将传入的snk与当前pos绑定
PipedOutputStream(); 空构造方法、使用之前必须与PipedInputStream绑定C：一般方法
synchronized void connect(PipedInputStream snk); 将传入的snk与当前pos绑定
void write(byte b) ; 调用绑定的snk.receive(byte b) 将字节b写入snk中
void write(byte[] b, int off, int len); 调用绑定的snk.receive(byte[] b, int off, int len)将字节数组b的一部分写入到snk中。
synchronized void flush(); 将当前流中的字节写入到snk中
close(); 关闭当前pos、释放资源、并将snk中标志当前流状态改为关闭状态3、 源码分析：
package com.chy.io.original.code;
import java.io.*;
/**
* 管道输出流。与管道输入流结合使用、用于线程之间的通信。
* @author andyChen
* @version 1.1, 13/11/19
*/
public class PipedOutputStream extends OutputStream {
// 与PipedOutputStream通信的PipedInputStream对象
private PipedInputStream sink;
/**
* 使用指定的pis来构造pos
*/
public PipedOutputStream(PipedInputStream snk) throws IOException {
connect(snk);
}
/**
* 空构造函数、在使用之前要绑定与之对应的pis
*/
public PipedOutputStream() {
}
/**
* 将“管道输出流” 和 “管道输入流”连接。不能进行多次连接、否则会抛异常
* 主要工作就是初始化与此pos连接的pis状态。
*/
public synchronized void connect(PipedInputStream snk) throws IOException {
if (snk == null) {
throw new NullPointerException();
} else if (sink != null || snk.connected) {
throw new IOException("Already connected");
}
sink = snk;
snk.in = -1;
snk.out = 0;
snk.connected = true;
}
/**
* 将int类型b写入“管道输出流”中
* 将b写入“管道输出流”之后，它会将b传输给“管道输入流”、因为其本质上就是调用与此pos绑定的pis来写入pis的buffer中
*/
public void write(int b) throws IOException {
if (sink == null) {
throw new IOException("Pipe not connected");
}
sink.receive(b);
}
/**
* 将字节数组b写入“管道输出流”中
* 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”、同上面方法的原理一样
*/
public void write(byte b[], int off, int len) throws IOException {
if (sink == null) {
throw new IOException("Pipe not connected");
} else if (b == null) {
throw new NullPointerException();
} else if ((off < 0) || (off > b.length) || (len < 0) ||
((off + len) > b.length) || ((off + len) < 0)) {
throw new IndexOutOfBoundsException();
} else if (len == 0) {
return;
}
sink.receive(b, off, len);
}
/**
* 刷新此流、实际上是唤醒pis的所有等待的方法、读取、或者通知pos写入字节
*/
public synchronized void flush() throws IOException {
if (sink != null) {
synchronized (sink) {
sink.notifyAll();
}
}
}
/**
* 关闭“管道输出流”。告诉pis、与其绑定的pos已关闭、当pis再试图读取字节时就会发现此流关闭、抛出异常结束程序
*/
public void close() throws IOException {
if (sink != null) {
sink.receivedLast();
}
}
}
4、 实例演示：
因为PipedOutputStream必须与PipedInputStream结合使用、所以将两者的示例放在一起。
二：PipedInputStream
1、 类功能简介：
管道字节输入流、用于读取对应绑定的管道字节输出流写入其内置字节缓存数组buffer中的字节、借此来实现线程之间的通信、pis中专门有两个方法供pos调用、、、receive(byte b)、receive(byte[] b, int off, intlen)、使得pos可以将字节或者字节数组写入pis的buffer中、
2、 PipedInputStream API简介：
A：关键字段
//用于标记管道输出流是否关闭
boolean closedByWriter = false;
//用于标记管道输入流是否关闭
volatile boolean closedByReader = false;
//管道输出流、管道输入流是否关闭
boolean connected = false;
//读取管道流中数据的线程
Thread readSide;
//向管道流中写入内容的线程
Thread writeSide;
//管道的默认的大小
private static final int DEFAULT_PIPE_SIZE = 1024;
protected static final int PIPE_SIZE = DEFAULT_PIPE_SIZE;
//管道输入流的缓冲区
protected byte buffer[];
//下一次字节在buf中存储的位置、in==out说明数据正好全部被读取完
protected int in = -1;
//下一个读取的字节
protected int out = 0;
B：构造方法
PipedInputStream(PipedOutputStream src); 使用默认大小的buf、与此管道字节输入流配套的管道字节输出流构造pis
PipedInputStream(PipedOutputStream src, int size); 使用指定的缓存数组buffer大小、和与此流绑定的pos构造pis
PipedInputStream(); 使用默认缓冲大小构造pis、此pis在使用之前必须建立与其相对应的pos。
PipedInputStream(int pipeSize); 使用指定缓冲大小构造pis、此pis在使用之前必须建立与其相对应的pos。
核心的方法是第二个！
C：一般方法
void connect(PipedOutputStream src); 将pis与pos绑定、这里调用的是pos的connect方法、
synchronized void receive(byte b); 仅供与当前pis绑定的pos将字节写入到当前pis的buffer中、供当前pis读取
synchronized void receive(byte[] b, int off, int len); 仅供与当前pis绑定的pos将字节数组b的一部分写入到当前pis的buffer中、供当前pis读取
void receivedLast(); 当与此流绑定的pos关闭时、pos调用此方法通知当前pis、输出完毕、并且唤醒当前pis所有正在等待的方法
int read(); 当前线程调用此pis从buffer中读取一个字节、并以整数形式返回
int read(byte[] b,int off, int len); 从管道中读取len个字节放入下标从off开始、的后len个位置中、返回实际读取的字节数
synchronized int available(); 返回能不受阻塞的、从此流中读取的字节数
void close(); 关闭此流重置buffer
3、 源码分析：
package com.chy.io.original.code;
import java.io.IOException;
import java.io.PipedOutputStream;
/**
* 管道字节输入流、必须与管道输出流结合使用、用于线程之间的通信。
* @author andyChen
* @version 1.1, 13/11/19
*/
public class PipedInputStream extends InputStream {
//用于标记管道输出流是否关闭
boolean closedByWriter = false;
//用于标记管道输入流是否关闭
volatile boolean closedByReader = false;
//管道输出流、管道输入流是否关闭
boolean connected = false;
//读取管道流中数据的线程
Thread readSide;
//向管道流中写入内容的线程
Thread writeSide;
//管道的默认的大小
private static final int DEFAULT_PIPE_SIZE = 1024;
protected static final int PIPE_SIZE = DEFAULT_PIPE_SIZE;
//管道输入流的缓冲区
protected byte buffer[];
//下一次字节在buf中存储的位置、in==out说明数据正好全部被读取完
protected int in = -1;
//下一个读取的字节
protected int out = 0;
/**
* 使用默认大小的buf、与此管道字节输入流配套的管道字节输出流构造pis
*/
public PipedInputStream(PipedOutputStream src) throws IOException {
this(src, DEFAULT_PIPE_SIZE);
}
/**
* 使用指定的大小的buf、与此管道字节输入流配套的管道字节输出流构造pis
*/
public PipedInputStream(PipedOutputStream src, int pipeSize)
throws IOException {
initPipe(pipeSize);
connect(src);
}
/**
* 使用默认缓冲大小构造pis、此pis在使用之前必须建立与其相对应的pos。
*/
public PipedInputStream() {
initPipe(DEFAULT_PIPE_SIZE);
}
/**
* 使用指定缓冲大小构造pis、此pis在使用之前必须建立与其相对应的pos。
*/
public PipedInputStream(int pipeSize) {
initPipe(pipeSize);
}
//初始化buf大小。
private void initPipe(int pipeSize) {
if (pipeSize <= 0) {
throw new IllegalArgumentException("Pipe Size <= 0");
}
buffer = new byte[pipeSize];
}
/**
* 将pis与pos绑定、从此方法可以看出、绑定是通过调用pos的connect(pis)来实现的
*/
public void connect(PipedOutputStream src) throws IOException {
src.connect(this);
}
/**
* 接收int类型的数据b。
* 它只会在PipedOutputStream的write(int b)中会被调用
*/
protected synchronized void receive(int b) throws IOException {
// 检查管道状态
checkStateForReceive();
// 获取“写入管道”的线程、用途是在当pis读取buffer中数据时根据此线程是否死亡做出不同处理
writeSide = Thread.currentThread();
if (in == out)
// 若“写入管道”的数据正好全部被读取完，则等待。
awaitSpace();
if (in < 0) {
in = 0;
out = 0;
}
// 将b保存到缓冲区
buffer[in++] = (byte)(b & 0xFF);
if (in >= buffer.length) {
in = 0;
}
}
/**
* 接收字节数组b的一部分
*/
synchronized void receive(byte b[], int off, int len) throws IOException {
// 检查管道状态
checkStateForReceive();
// 获取“写入管道”的线程
writeSide = Thread.currentThread();
int bytesToTransfer = len;
while (bytesToTransfer > 0) {
// 若“写入管道”的数据正好全部被读取完，则等待。
if (in == out)
awaitSpace();
//下一次被写入buff中的字节数
int nextTransferAmount = 0;
// 如果管道中被读取的数据，少于写入管道的数据；
// 则设置nextTransferAmount=buffer.length - in
if (out < in) {
nextTransferAmount = buffer.length - in;
} 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
// 若in==-1即buffer中没有数据，此时初始化in、out并且nextTransferAmount = buffer.length - in;
// 否则，nextTransferAmount = out - in;
if (in == -1) {
in = out = 0;
nextTransferAmount = buffer.length - in;
} else {
nextTransferAmount = out - in;
}
}
if (nextTransferAmount > bytesToTransfer)
nextTransferAmount = bytesToTransfer;
// assert断言的作用是，若nextTransferAmount <= 0，则终止程序。一般用于不准备通过捕获异常来处理的错误。
assert nextTransferAmount > 0;
System.arraycopy(b, off, buffer, in, nextTransferAmount);
bytesToTransfer -= nextTransferAmount;
off += nextTransferAmount;
in += nextTransferAmount;
if (in >= buffer.length) {
in = 0;
}
}
}
/**
* 检测管道状态、如果没有连接、或者pos、pis有一方关闭、或者接收方线程死亡则抛出异常、结束程序
*/
private void checkStateForReceive() throws IOException {
if (!connected) {
throw new IOException("Pipe not connected");
} else if (closedByWriter || closedByReader) {
throw new IOException("Pipe closed");
} else if (readSide != null && !readSide.isAlive()) {
throw new IOException("Read end dead");
}
}
/**
* 等待。
* 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；
* 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。
*/
private void awaitSpace() throws IOException {
// 如果“管道中被读取的数据，等于写入管道的数据”时，
// 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。
while (in == out) {
checkStateForReceive();
/* full: kick any waiting readers */
notifyAll();
try {
wait(1000);
} catch (InterruptedException ex) {
throw new java.io.InterruptedIOException();
}
}
}
/**
* 当PipedOutputStream被关闭时，被调用
*/
synchronized void receivedLast() {
closedByWriter = true;
notifyAll();
}
/**
* 从管道的缓冲中读取一个字节，并将其转换成int类型
*/
public synchronized int read() throws IOException {
if (!connected) {
throw new IOException("Pipe not connected");
} else if (closedByReader) {
throw new IOException("Pipe closed");
} else if (writeSide != null && !writeSide.isAlive()
&& !closedByWriter && (in < 0)) {
throw new IOException("Write end dead");
}
readSide = Thread.currentThread();
int trials = 2;
while (in < 0) {
if (closedByWriter) {
/* closed by writer, return EOF */
return -1;
}
if ((writeSide != null) && (!writeSide.isAlive()) && (--trials < 0)) {
throw new IOException("Pipe broken");
}
/* might be a writer waiting */
notifyAll();
try {
wait(1000);
} catch (InterruptedException ex) {
throw new java.io.InterruptedIOException();
}
}
int ret = buffer[out++] & 0xFF;
if (out >= buffer.length) {
out = 0;
}
if (in == out) {
/* now empty */
in = -1;
}
return ret;
}
/**
* 从管道中读取len个字节放入下标从off开始、的后len个位置中
*/
public synchronized int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {
if (b == null) {
throw new NullPointerException();
} else if (off < 0 || len < 0 || len > b.length - off) {
throw new IndexOutOfBoundsException();
} else if (len == 0) {
return 0;
}
/* possibly wait on the first character */
int c = read();
if (c < 0) {
return -1;
}
b[off] = (byte) c;
int rlen = 1;
while ((in >= 0) && (len > 1)) {
int available;
if (in > out) {
available = Math.min((buffer.length - out), (in - out));
} else {
available = buffer.length - out;
}
// A byte is read beforehand outside the loop
if (available > (len - 1)) {
available = len - 1;
}
System.arraycopy(buffer, out, b, off + rlen, available);
out += available;
rlen += available;
len -= available;
if (out >= buffer.length) {
out = 0;
}
if (in == out) {
/* now empty */
in = -1;
}
}
return rlen;
}
/**
* 返回能不受阻塞的、从此流中读取的字节数
*/
public synchronized int available() throws IOException {
if(in < 0)
return 0;
else if(in == out)
return buffer.length;
else if (in > out)
return in - out;
else
return in + buffer.length - out;
}
/**
* 关闭此流
*/
public void close() throws IOException {
closedByReader = true;
synchronized (this) {
in = -1;
}
}
}4、 实例演示：
一般情况下用于两个线程之间的通信、那么就先分别建立两个线程、一个输出者、内部持有PipedOutputStream对象的引用、用来向接收者发送字节信息；一个接收者、内部持有PipedInputStream对象的引用、用来接收发送者发送的字节信息、最后通过测试类将两者结合起来、实现线程之间的通信。SenderThread：很简单、就是三个私有方法分别将一个字节、一个较短的字节（小于1024、因为PipedinputStream中buffer默认大小为1024）一个长字节（超过1024）看看有什么不一样的地方。
package com.chy.io.original.thread;
import java.io.IOException;
import java.io.PipedOutputStream;
public class SenderThread implements Runnable {
private PipedOutputStream pos = new PipedOutputStream();
public PipedOutputStream getPipedOutputStream(){
return pos;
}
@Override
public void run() {
//sendOneByte();
//sendShortMessage();
sendLongMessage();
}
private void sendOneByte(){
try {
pos.write(0x61);
pos.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private void sendShortMessage() {
try {
pos.write("this is a short message from senderThread !".getBytes());
pos.flush();
pos.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private void sendLongMessage(){
try {
byte[] b = new byte[1028];
//生成一个长度为1028的字节数组、前1020个是1、后8个是2。
for(int i=0; i<1020; i++){
b[i] = 1;
}
for (int i = 1020; i <1028; i++) {
b[i] = 2;
}
pos.write(b);
pos.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}package com.chy.io.original.thread;
import java.io.IOException;
import java.io.PipedInputStream;
public class ReceiverThread extends Thread {
private PipedInputStream pis = new PipedInputStream();
public PipedInputStream getPipedInputStream(){
return pis;
}
@Override
public void run() {
//receiveOneByte();
//receiveShortMessage();
receiverLongMessage();
}
private void receiveOneByte(){
try {
int n = pis.read();
System.out.println(n);
pis.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private void receiveShortMessage() {
try {
byte[] b = new byte[1024];
int n = pis.read(b);
System.out.println(new String(b, 0, n));
pis.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private void receiverLongMessage(){
try {
byte[] b = new byte[2048];
int count = 0;
while(true){
count = pis.read(b);
for (int i = 0; i < count; i++) {
System.out.print(b[i]);
}
if(count == -1)
break;
}
pis.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}package com.chy.io.original.test;
import java.io.IOException;
import java.io.PipedInputStream;
import java.io.PipedOutputStream;
import com.chy.io.original.thread.Receiver;
import com.chy.io.original.thread.ReceiverThread;
import com.chy.io.original.thread.Sender;
import com.chy.io.original.thread.SenderThread;
@SuppressWarnings("all")
/**
* 管道输入流和管道输出流的交互程序
*/
public class PipedStreamTest {
public static void main(String[] args) {
testPipedStream();
}
private static void testPipedStream(){
SenderThread st =new SenderThread();
ReceiverThread rt = new ReceiverThread();
PipedInputStream pis = rt.getPipedInputStream();
PipedOutputStream pos = st.getPipedOutputStream();
try {
pos.connect(pis);
new Thread(st).start();
rt.start();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private static void exampleFromIE() {
Sender t1 = new Sender();
Receiver t2 = new Receiver();
PipedOutputStream out = t1.getOutputStream();
PipedInputStream in = t2.getInputStream();
try {
//管道连接。下面2句话的本质是一样。
//out.connect(in);
in.connect(out);
/**
* Thread类的START方法：
* 使该线程开始执行；Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。
* 结果是两个线程并发地运行；当前线程（从调用返回给 start 方法）和另一个线程（执行其 run 方法）。
* 多次启动一个线程是非法的。特别是当线程已经结束执行后，不能再重新启动。
*/
t1.start();
t2.start();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}结果说明：
前面两个写入字节、写入short字节数组都好理解、就是写入多少读取多少、后面那个写入长字节数组、接收线程用了一个while(true)循环读取buffer中的字节、直到读完、如果不用循环则只会读取到1024个字节、因为buffer的默认大小就1024、pos一次只能写入1024、pis也同样一次只能读取1024个、当用while时、第一次读取pos写入的1020个之后、pis再读取就会发现buffer空了、此时接收方线程就会等待并且通知发送方写入字节、然后继续进行。
总结
PipedInputStream、PipedOutputStream两者的结合如鸳鸯一般、离开哪一方都不能继续存在、同时又如连理枝一般、PipedOutputStream先通过connect(PipedInputStream snk)来确定关系、并初始化PipedInputStream状态、告诉PipedInputStream只能属于这个PipedOutputStream、connect =true、当想赠与PipedInputStream字节时、就直接调用receive(byte b) 、receive(byte[] b, int off, int len)来将字节或者字节数组放入pis的存折buffer中。站在PipedInputStream角度上、看上哪个PipedOutputStream时就暗示pos、将主动权交给pos、调用pos的connect将自己给他去登记。当想要花（将字节读取到程序中）字节了就从buffer中拿、但是自己又没有本事挣字节、所以当buffer中没有字节时、自己就等着、并且跟pos讲没有字节了、pos就会向存折（buffer）中存字节、当然、pos不会一直不断往里存、当存折是空的时候也不会主动存、怕花冒、就等着pis要。要才存。过到最后两个只通过buffer来知道对方的存在与否、每次从buffer中存或者取字节时都会看看对方是否安康、若安好则继续生活、若一方不在、则另一方也不愿独存！