本章内容包括3个部分：BufferedInputStream介绍，BufferedInputStream源码，以及BufferedInputStream使用示例。
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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(InputStream in) BufferedInputStream(InputStream in, int size) synchronized int available() void close() synchronized void mark(int readlimit) boolean markSupported() synchronized int read() synchronized int read(byte[] buffer, int offset, int byteCount) synchronized void reset() synchronized long skip(long byteCount)
BufferedInputStream 源码分析(基于jdk1.7.40)
1 package java.io;
2 import java.util.concurrent.atomic.AtomicReferenceFieldUpdater;
3
4 public class BufferedInputStream extends FilterInputStream {
5
6 // 默认的缓冲大小是8192字节
7 // BufferedInputStream 会根据“缓冲区大小”来逐次的填充缓冲区；
8 // 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...
9 private static int defaultBufferSize = 8192;
10
11 // 缓冲数组
12 protected volatile byte buf[];
13
14 // 缓存数组的原子更新器。
15 // 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，
16 // 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)
17 private static final
18 AtomicReferenceFieldUpdater<BufferedInputStream, byte[]> bufUpdater =
19 AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater
20 (BufferedInputStream.class, byte[].class, "buf");
21
22 // 当前缓冲区的有效字节数。
23 // 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。
24 protected int count;
25
26 // 当前缓冲区的位置索引
27 // 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。
28 protected int pos;
29
30 // 当前缓冲区的标记位置
31 // markpos和reset()配合使用才有意义。操作步骤：
32 // (01) 通过mark() 函数，保存pos的值到markpos中。
33 // (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。
34 protected int markpos = -1;
35
36 // marklimit是标记的最大值。
37 // 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。
38 protected int marklimit;
39
40 // 获取输入流
41 private InputStream getInIfOpen() throws IOException {
42 InputStream input = in;
43 if (input == null)
44 throw new IOException("Stream closed");
45 return input;
46 }
47
48 // 获取缓冲
49 private byte[] getBufIfOpen() throws IOException {
50 byte[] buffer = buf;
51 if (buffer == null)
52 throw new IOException("Stream closed");
53 return buffer;
54 }
55
56 // 构造函数：新建一个缓冲区大小为8192的BufferedInputStream
57 public BufferedInputStream(InputStream in) {
58 this(in, defaultBufferSize);
59 }
60
61 // 构造函数：新建指定缓冲区大小的BufferedInputStream
62 public BufferedInputStream(InputStream in, int size) {
63 super(in);
64 if (size <= 0) {
65 throw new IllegalArgumentException("Buffer size <= 0");
66 }
67 buf = new byte[size];
68 }
69
70 // 从“输入流”中读取数据，并填充到缓冲区中。
71 // 后面会对该函数进行详细说明！
72 private void fill() throws IOException {
73 byte[] buffer = getBufIfOpen();
74 if (markpos < 0)
75 pos = 0; /* no mark: throw away the buffer */
76 else if (pos >= buffer.length) /* no room left in buffer */
77 if (markpos > 0) { /* can throw away early part of the buffer */
78 int sz = pos - markpos;
79 System.arraycopy(buffer, markpos, buffer, 0, sz);
80 pos = sz;
81 markpos = 0;
82 } else if (buffer.length >= marklimit) {
83 markpos = -1; /* buffer got too big, invalidate mark */
84 pos = 0; /* drop buffer contents */
85 } else { /* grow buffer */
86 int nsz = pos * 2;
87 if (nsz > marklimit)
88 nsz = marklimit;
89 byte nbuf[] = new byte[nsz];
90 System.arraycopy(buffer, 0, nbuf, 0, pos);
91 if (!bufUpdater.compareAndSet(this, buffer, nbuf)) {
92 throw new IOException("Stream closed");
93 }
94 buffer = nbuf;
95 }
96 count = pos;
97 int n = getInIfOpen().read(buffer, pos, buffer.length - pos);
98 if (n > 0)
99 count = n + pos;
100 }
101
102 // 读取下一个字节
103 public synchronized int read() throws IOException {
104 // 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
105 if (pos >= count) {
106 fill();
107 if (pos >= count)
108 return -1;
109 }
110 // 从缓冲区中读取指定的字节
111 return getBufIfOpen()[pos++] & 0xff;
112 }
113
114 // 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
115 private int read1(byte[] b, int off, int len) throws IOException {
116 int avail = count - pos;
117 if (avail <= 0) {
118 // 加速机制。
119 // 如果读取的长度大于缓冲区的长度 并且没有markpos，
120 // 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，
121 // 重新填入原始输入流数据）
122 if (len >= getBufIfOpen().length && markpos < 0) {
123 return getInIfOpen().read(b, off, len);
124 }
125 // 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
126 fill();
127 avail = count - pos;
128 if (avail <= 0) return -1;
129 }
130 int cnt = (avail < len) ? avail : len;
131 System.arraycopy(getBufIfOpen(), pos, b, off, cnt);
132 pos += cnt;
133 return cnt;
134 }
135
136 // 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
137 public synchronized int read(byte b[], int off, int len)
138 throws IOException
139 {
140 getBufIfOpen(); // Check for closed stream
141 if ((off | len | (off + len) | (b.length - (off + len))) < 0) {
142 throw new IndexOutOfBoundsException();
143 } else if (len == 0) {
144 return 0;
145 }
146
147 // 读取到指定长度的数据才返回
148 int n = 0;
149 for (;;) {
150 int nread = read1(b, off + n, len - n);
151 if (nread <= 0)
152 return (n == 0) ? nread : n;
153 n += nread;
154 if (n >= len)
155 return n;
156 // if not closed but no bytes available, return
157 InputStream input = in;
158 if (input != null && input.available() <= 0)
159 return n;
160 }
161 }
162
163 // 忽略n个字节
164 public synchronized long skip(long n) throws IOException {
165 getBufIfOpen(); // Check for closed stream
166 if (n <= 0) {
167 return 0;
168 }
169 long avail = count - pos;
170
171 if (avail <= 0) {
172 // If no mark position set then don't keep in buffer
173 if (markpos <0)
174 return getInIfOpen().skip(n);
175
176 // Fill in buffer to save bytes for reset
177 fill();
178 avail = count - pos;
179 if (avail <= 0)
180 return 0;
181 }
182
183 long skipped = (avail < n) ? avail : n;
184 pos += skipped;
185 return skipped;
186 }
187
188 // 下一个字节是否存可读
189 public synchronized int available() throws IOException {
190 int n = count - pos;
191 int avail = getInIfOpen().available();
192 return n > (Integer.MAX_VALUE - avail)
193 ? Integer.MAX_VALUE
194 : n + avail;
195 }
196
197 // 标记“缓冲区”中当前位置。
198 // readlimit是marklimit，关于marklimit的作用，参考后面的说明。
199 public synchronized void mark(int readlimit) {
200 marklimit = readlimit;
201 markpos = pos;
202 }
203
204 // 将“缓冲区”中当前位置重置到mark()所标记的位置
205 public synchronized void reset() throws IOException {
206 getBufIfOpen(); // Cause exception if closed
207 if (markpos < 0)
208 throw new IOException("Resetting to invalid mark");
209 pos = markpos;
210 }
211
212 public boolean markSupported() {
213 return true;
214 }
215
216 // 关闭输入流
217 public void close() throws IOException {
218 byte[] buffer;
219 while ( (buffer = buf) != null) {
220 if (bufUpdater.compareAndSet(this, buffer, null)) {
221 InputStream input = in;
222 in = null;
223 if (input != null)
224 input.close();
225 return;
226 }
227 // Else retry in case a new buf was CASed in fill()
228 }
229 }
230 }
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：
private void fill() throws IOException {
byte[] buffer = getBufIfOpen();
if (markpos < 0)
pos = 0;
else if (pos >= buffer.length) {
if (markpos > 0) { /* can throw away early part of the buffer */
int sz = pos - markpos;
System.arraycopy(buffer, markpos, buffer, 0, sz);
pos = sz;
markpos = 0;
} else if (buffer.length >= marklimit) {
markpos = -1; /* buffer got too big, invalidate mark */
pos = 0; /* drop buffer contents */
} else { /* grow buffer */
int nsz = pos * 2;
if (nsz > marklimit)
nsz = marklimit;
byte nbuf[] = new byte[nsz];
System.arraycopy(buffer, 0, nbuf, 0, pos);
if (!bufUpdater.compareAndSet(this, buffer, nbuf)) {
// Can't replace buf if there was an async close.
// Note: This would need to be changed if fill()
// is ever made accessible to multiple threads.
// But for now, the only way CAS can fail is via close.
// assert buf == null;
throw new IOException("Stream closed");
}
buffer = nbuf;
}
}
count = pos;
int n = 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：
private void fill() throws IOException {
byte[] buffer = getBufIfOpen();
if (markpos < 0)
pos = 0;
count = pos;
int n = 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 else if (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：
private void fill() throws IOException {
byte[] buffer = getBufIfOpen();
if (markpos >= 0 && pos >= buffer.length) {
if (markpos > 0) {
int sz = pos - markpos;
System.arraycopy(buffer, markpos, buffer, 0, sz);
pos = sz;
markpos = 0;
}
}
count = pos;
int n = 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) int sz = 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) int n = 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 else if (pos >= buffer.length) ...
(03) fill() 中的 else if (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：
private void fill() throws IOException {
byte[] buffer = getBufIfOpen();
if (markpos >= 0 && pos >= buffer.length) {
if ( (markpos <= 0) && (buffer.length >= marklimit) ) {
markpos = -1; /* buffer got too big, invalidate mark */
pos = 0; /* drop buffer contents */
}
}
count = pos;
int n = 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<marklimit
执行流程如下，
(01) read() 函数中调用 fill()
(02) fill() 中的 else if (pos >= buffer.length) ...
(03) fill() 中的 else { int nsz = 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：
private void fill() throws IOException {
byte[] buffer = getBufIfOpen();
if (markpos >= 0 && pos >= buffer.length) {
if ( (markpos <= 0) && (buffer.length < marklimit) ) {
int nsz = pos * 2;
if (nsz > marklimit)
nsz = marklimit;
byte nbuf[] = new byte[nsz];
System.arraycopy(buffer, 0, nbuf, 0, pos);
if (!bufUpdater.compareAndSet(this, buffer, nbuf)) {
throw new IOException("Stream closed");
}
buffer = nbuf;
}
}
count = pos;
int n = 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。
int nsz = pos * 2;
if (nsz > marklimit)
nsz = marklimit;
byte nbuf[] = new byte[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：
private void fill() throws IOException {
byte[] buffer = getBufIfOpen();
count = pos;
int n = 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)：
1 import java.io.BufferedInputStream;
2 import java.io.ByteArrayInputStream;
3 import java.io.File;
4 import java.io.InputStream;
5 import java.io.FileInputStream;
6 import java.io.IOException;
7 import java.io.FileNotFoundException;
8 import java.lang.SecurityException;
9
10 /**
11 * BufferedInputStream 测试程序
12 *
13 * @author skywang
14 */
15 public class BufferedInputStreamTest {
16
17 private static final int LEN = 5;
18
19 public static void main(String[] args) {
20 testBufferedInputStream() ;
21 }
22
23 /**
24 * BufferedInputStream的API测试函数
25 */
26 private static void testBufferedInputStream() {
27
28 // 创建BufferedInputStream字节流，内容是ArrayLetters数组
29 try {
30 File file = new File("bufferedinputstream.txt");
31 InputStream in =
32 new BufferedInputStream(
33 new FileInputStream(file), 512);
34
35 // 从字节流中读取5个字节。“abcde”，a对应0x61，b对应0x62，依次类推...
36 for (int i=0; i<LEN; i++) {
37 // 若能继续读取下一个字节，则读取下一个字节
38 if (in.available() >= 0) {
39 // 读取“字节流的下一个字节”
40 int tmp = in.read();
41 System.out.printf("%d : 0x%s\n", i, Integer.toHexString(tmp));
42 }
43 }
44
45 // 若“该字节流”不支持标记功能，则直接退出
46 if (!in.markSupported()) {
47 System.out.println("make not supported!");
48 return ;
49 }
50
51 // 标记“当前索引位置”，即标记第6个位置的元素--“f”
52 // 1024对应marklimit
53 in.mark(1024);
54
55 // 跳过22个字节。
56 in.skip(22);
57
58 // 读取5个字节
59 byte[] buf = new byte[LEN];
60 in.read(buf, 0, LEN);
61 // 将buf转换为String字符串。
62 String str1 = new String(buf);
63 System.out.printf("str1=%s\n", str1);
64
65 // 重置“输入流的索引”为mark()所标记的位置，即重置到“f”处。
66 in.reset();
67 // 从“重置后的字节流”中读取5个字节到buf中。即读取“fghij”
68 in.read(buf, 0, LEN);
69 // 将buf转换为String字符串。
70 String str2 = new String(buf);
71 System.out.printf("str2=%s\n", str2);
72
73 in.close();
74 } catch (FileNotFoundException e) {
75 e.printStackTrace();
76 } catch (SecurityException e) {
77 e.printStackTrace();
78 } catch (IOException e) {
79 e.printStackTrace();
80 }
81 }
82 }
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