接著上篇文章，我們繼續(xù)來學(xué)習(xí) Java 中的字節(jié)流操作。

裝飾者緩沖流 BufferedInput/OutputStream

裝飾者流其實(shí)是基于一種設(shè)計(jì)模式「裝飾者模式」而實(shí)現(xiàn)的一種文件 IO 流，而我們的緩沖流只是其中的一種，我們一起來看看。

在這之前，我們使用的文件讀寫流 FileInputStream 和 FileOutputStream 都是一個字節(jié)一個字節(jié)的從磁盤讀取或?qū)懭?，非常耗時(shí)。

而我們的緩沖流可以預(yù)先從磁盤一次性讀出指定容量的字節(jié)數(shù)到內(nèi)存中，之后的讀取操作將直接從內(nèi)存中讀取，提高效率。下面我們一起看看緩沖流的具體實(shí)現(xiàn)情況：

依然先以 BufferedInputStream 為例，我們簡單提一下它的幾個核心屬性：

• private static int DEFAULT_BUFFER_SIZE = 8192;
• protected volatile byte buf[];
• private static int MAX_BUFFER_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
• protected int count;
• protected int pos;
• protected int markpos = -1;
• protected int marklimit;

buf 就是用于緩沖讀的字節(jié)數(shù)組，它的值將隨著流的讀取而不停的被填充，繼而后續(xù)的讀操作可以直接基于這個緩沖數(shù)組。

DEFAULT_BUFFER_SIZE 規(guī)定了默認(rèn)緩沖區(qū)的大小，即 buf 的數(shù)組長度。MAX_BUFFER_SIZE 指明了緩沖區(qū)的上限。

count 指向緩沖數(shù)組中最后一個有效字節(jié)索引后一位。pos 指向下一個待讀取的字節(jié)索引位置。

markpos 和 marklimit 用于重復(fù)讀操作。

接著我們看看 BufferedInputStream 的幾個示例構(gòu)造器：

public BufferedInputStream(InputStream in) {
 this(in, DEFAULT_BUFFER_SIZE);
}

public BufferedInputStream(InputStream in, int size) {
 super(in);
 if (size <= 0) {
 throw new IllegalArgumentException("Buffer size <= 0");
 }
 buf = new byte[size];
}

整體上來說，前者只需要傳入一個「被裝飾」的 InputStream 實(shí)例，并使用默認(rèn)大小的緩沖區(qū)。后者則可以顯式指明緩沖區(qū)的大小。

除此之外，super(in) 會將這個 InputStream 實(shí)例保存進(jìn)父類 FilterInputStream 的 in 屬性字段中，并且所有實(shí)際的磁盤讀操作都由這個 InputStream 實(shí)例發(fā)出。

下面我們來看最重要的讀操作以及緩沖區(qū)是如何被填充的。

public synchronized int read() throws IOException {
 if (pos >= count) {
 fill();
 if (pos >= count)
  return -1;
 }
 return getBufIfOpen()[pos++] & 0xff;
}

這個方法想必大家已經(jīng)很熟悉了，從流中讀取下一個字節(jié)并返回，但細(xì)節(jié)上的實(shí)現(xiàn)還是稍稍有些不同。

count 指向了緩沖數(shù)組中有效字節(jié)索引后一位置處，pos 指向下一個待讀取的字節(jié)索引位置。理論上 pos 是不可能大于 count 的，最多等于。

如果 pos 等于 count，那說明緩沖數(shù)組中所有有效字節(jié)都已經(jīng)被讀取過了，此時(shí)即需要丟棄緩沖區(qū)中那些「無用」的數(shù)據(jù)，從磁盤重新加載一批新數(shù)據(jù)填充緩沖區(qū)。

而事實(shí)上，fill 方法就是做的這個事情，它的代碼比較多，就不帶大家去解析了，你理解了它的作用，想必分析它的實(shí)現(xiàn)也是容易的。

如果 fill 方法調(diào)用之后，pos 依然 等于 count，那么說明 InputStream 實(shí)例并沒有從流中讀取出任何數(shù)據(jù)，也即文件流中無數(shù)據(jù)可讀。關(guān)于這一點(diǎn)，參見 fill 方法 246 行。

總的來說，如果成功填充了緩沖區(qū)，那么我們的 read 方法將直接從緩沖區(qū)取出一個字節(jié)返回給調(diào)用者。

public synchronized int read(byte b[], int off, int len){
 //.....
}

這個方法也是「熟人」了，不再多余的解釋了，實(shí)現(xiàn)是類似的。

skip 方法用于跳過指定長度的字節(jié)數(shù)進(jìn)行文件流的繼續(xù)讀取：

public synchronized long skip(long n){
 //.....
}

注意一點(diǎn)的是，skip 方法盡量去跳過 n 個字節(jié)，但不保證一定跳過 n 個字節(jié)，方法返回的是實(shí)際跳過的字節(jié)數(shù)。如果緩沖數(shù)組中剩余可用字節(jié)數(shù)小于 n，那么最終將跳過緩沖數(shù)組中實(shí)際可跳過的字節(jié)數(shù)。

最后要說一說這個 close 方法：

public void close() throws IOException {
 byte[] buffer;
 while ( (buffer = buf) != null) {
 if (bufUpdater.compareAndSet(this, buffer, null)) {
  InputStream input = in;
  in = null;
  if (input != null)
  input.close();
  return;
 }
 // Else retry in case a new buf was CASed in fill()
 }
}

close 方法將賦空「被裝飾者」流，并調(diào)用它的 close 方法釋放相關(guān)資源，最終也會清空緩沖數(shù)組所占用的內(nèi)存空間。

BufferedInputStream 提供了讀緩沖能力，而 BufferedOutputStream 則提供了寫緩沖能力，即內(nèi)存的寫操作并不會立馬更新到磁盤，暫時(shí)保存在緩沖區(qū)，待緩沖區(qū)滿時(shí)一并寫入。

protected byte buf[];

protected int count;

buf 代表了內(nèi)部緩沖區(qū)，count 表示緩沖區(qū)中實(shí)際數(shù)據(jù)容量，即 buf 中有效字節(jié)數(shù)，而不是 buf 數(shù)組長度。

public BufferedOutputStream(OutputStream out) {
 this(out, 8192);
}

public BufferedOutputStream(OutputStream out, int size) {
 super(out);
 if (size <= 0) {
 throw new IllegalArgumentException("Buffer size <= 0");
 }
 buf = new byte[size];
}

一樣的實(shí)現(xiàn)思路，必須提供的是一個 OutputStream 輸出流實(shí)例，也可以選擇性指明緩沖區(qū)大小。

public synchronized void write(int b) throws IOException {
 if (count >= buf.length) {
 flushBuffer();
 }
 buf[count++] = (byte)b;
}

寫方法將首先檢查緩沖區(qū)是否還能容納本次寫操作，如果不能將發(fā)起一次磁盤寫操作，將緩沖區(qū)數(shù)據(jù)全部寫入磁盤文件，否則將優(yōu)先寫入緩沖區(qū)。

當(dāng)然，BufferedOutputStream 也提供了 flush 方法向外提供接口，也即不一定非要等到緩沖區(qū)滿了才向磁盤寫數(shù)據(jù)，你也可以顯式的調(diào)用該方法讓它清空緩沖區(qū)并更新磁盤文件。

public synchronized void flush() throws IOException {
 flushBuffer();
 out.flush();
}

關(guān)于緩沖流，核心內(nèi)容介紹如上，這是一種能夠顯著提升效率的流，通過它，能夠減少磁盤訪問次數(shù)，提升程序執(zhí)行效率。

有關(guān)對象序列化流 ObjectInput/OutputStream 以及基于基本類型的裝飾者流 DataInput/OutputStream 我們這里暫時(shí)不做討論。待到我們學(xué)習(xí)序列化的時(shí)候，再回頭討論這兩個字節(jié)流。

文章中的所有代碼、圖片、文件都云存儲在我的 GitHub 上：

(https://github.com/SingleYam/overview_java)

大家也可以選擇通過本地下載。

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對腳本之家的支持。