java io系列12之 BufferedInputStream(緩沖輸入流)的認知、源碼和示例

本章内容包括3個部分：BufferedInputStream介紹，BufferedInputStream源碼，以及BufferedInputStream使用示例。

BufferedInputStream 的作用是為另一個輸入流添加一些功能，例如，提供“緩沖功能”以及支援“mark()标記”和“reset()重置方法”。

BufferedInputStream 本質上是通過一個内部緩沖區數組實作的。例如，在

建立某輸入流對應的BufferedInputStream後，當我們通過read()讀取輸入流的資料時，BufferedInputStream會将

該輸入流的資料分批的填入到緩沖區中。每當緩沖區中的資料被讀完之後，輸入流會再次填充資料緩沖區；如此反複，直到我們讀完輸入流資料位置。

BufferedInputStream 函數清單

說明：

要

想讀懂BufferedInputStream的源碼，就要先了解它的思想。BufferedInputStream的作用是為其它輸入流提供緩沖功能。

建立BufferedInputStream時，我們會通過它的構造函數指定某個輸入流為參數。BufferedInputStream會将該輸入流資料

分批讀取，每次讀取一部分到緩沖中；操作完緩沖中的這部分資料之後，再從輸入流中讀取下一部分的資料。

為什麼需要緩沖呢？原因很簡單，效率問題！緩沖中的資料實際上是儲存在記憶體中，而原始資料可能是儲存在硬碟或NandFlash等存儲媒體中；而我們知道，從記憶體中讀取資料的速度比從硬碟讀取資料的速度至少快10倍以上。

那幹嘛不幹脆一次性将全部資料都讀取到緩沖中呢？第一，讀取全部的資料所需要的時間可能會很長。第二，記憶體價格很貴，容量不像硬碟那麼大。

下面，我就BufferedInputStream中最重要的函數fill()進行說明。其它的函數很容易了解，我就不詳細介紹了，大家可以參考源碼中的注釋進行了解。

fill() 源碼如下：

根據fill()中的if...else...，下面我們将fill分為5種情況進行說明。

情況1：讀取完buffer中的資料，并且buffer沒有被标記

執行流程如下，

(01) read() 函數中調用 fill()

(02) fill() 中的 if (markpos < 0) ...

為了友善分析，我們将這種情況下fill()執行的操作等價于以下代碼：

這種情況發生的情況是 — — 輸入流中有很長的資料，我們每次從中讀取一部分資料到buffer中進行操作。每次當我們讀取完buffer中的資料之後，并且此時輸入流沒有被标記；那麼，就接着從輸入流中讀取下一部分的資料到buffer中。

其中，判斷是否讀完buffer中的資料，是通過 if (pos >= count) 來判斷的；

          判斷輸入流有沒有被标記，是通過 if (markpos < 0) 來判斷的。

了解這個思想之後，我們再對這種情況下的fill()的代碼進行分析，就特别容易了解了。

(01) if (markpos < 0) 它的作用是判斷“輸入流是否被标記”。若被标記，則markpos大于/等于0；否則markpos等于-1。

(02) 在這種情況下：通過getInIfOpen()擷取輸入流，然後接着從輸入流中讀取buffer.length個位元組到buffer中。

(03) count = n + pos; 這是根據從輸入流中讀取的實際資料的多少，來更新buffer中資料的實際大小。

情況2：讀取完buffer中的資料，buffer的标記位置>0，并且buffer中沒有多餘的空間

(02) fill() 中的 else if (pos >= buffer.length) ...

(03) fill() 中的 if (markpos > 0) ...

這

種情況發生的情況是 — —

輸入流中有很長的資料，我們每次從中讀取一部分資料到buffer中進行操作。當我們讀取完buffer中的資料之後，并且此時輸入流存在标記時；那麼，

就發生情況2。此時，我們要保留“被标記位置”到“buffer末尾”的資料，然後再從輸入流中讀取下一部分的資料到buffer中。

          判斷buffer中沒有多餘的空間，是通過 if (pos >= buffer.length) 來判斷的。

了解這個思想之後，我們再對這種情況下的fill()代碼進行分析，就特别容易了解了。

(01) int sz = pos - markpos; 作用是“擷取‘被标記位置’到‘buffer末尾’”的資料長度。

(02)

System.arraycopy(buffer, markpos, buffer, 0, sz);

作用是“将buffer中從markpos開始的資料”拷貝到buffer中(從位置0開始填充，填充長度是sz)。接着，将sz指派給pos，即pos

就是“被标記位置”到“buffer末尾”的資料長度。

(03) int n = getInIfOpen().read(buffer, pos, buffer.length - pos); 從輸入流中讀取出“buffer.length - pos”的資料，然後填充到buffer中。

(04) 通過第(02)和(03)步組合起來的buffer，就是包含了“原始buffer被标記位置到buffer末尾”的資料，也包含了“從輸入流中新讀取的資料”。

注意：執行過情況2之後，markpos的值由“大于0”變成了“等于0”！

情況3：讀取完buffer中的資料，buffer被标記位置=0，buffer中沒有多餘的空間，并且buffer.length>=marklimit

(03) fill() 中的 else if (buffer.length >= marklimit) ...

說明：這種情況的處理非常簡單。首先，就是“取消标記”，即 markpos = -1；然後，設定初始化位置為0，即pos=0；最後，再從輸入流中讀取下一部分資料到buffer中。

情況4：讀取完buffer中的資料，buffer被标記位置=0，buffer中沒有多餘的空間，并且buffer.length<marklimit

(03) fill() 中的 else { int nsz = pos * 2; ... }

這種情況的處理非常簡單。

(01) 建立一個位元組數組nbuf。nbuf的大小是“pos*2”和“marklimit”中較小的那個數。

(02) 接着，将buffer中的資料拷貝到新數組nbuf中。通過System.arraycopy(buffer, 0, nbuf, 0, pos)

(03) 最後，從輸入流讀取部分新資料到buffer中。通過getInIfOpen().read(buffer, pos, buffer.length - pos);

注意：在這裡，我們思考一個問題，“為什麼需要marklimit，它的存在到底有什麼意義？”我們結合“情況2”、“情況3”、“情況4”的情況來分析。

假設，marklimit是無限大的，而且我們設定了markpos。當我們從輸

入流中每讀完一部分資料并讀取下一部分資料時，都需要儲存markpos所标記的資料；這就意味着，我們需要不斷執行情況4中的操作，要将buffer的

容量擴大……随着讀取次數的增多，buffer會越來越大；這會導緻我們占據的記憶體越來越大。是以，我們需要給出一個marklimit；當

buffer>=marklimit時，就不再儲存markpos的值了。

情況5：除了上面4種情況之外的情況

(02) fill() 中的 count = pos...

說明：這種情況的處理非常簡單。直接從輸入流讀取部分新資料到buffer中。

關于BufferedInputStream中API的詳細用法，參考示例代碼(BufferedInputStreamTest.java)：

程式中讀取的bufferedinputstream.txt的内容如下：

運作結果：

0 : 0x61

1 : 0x62

2 : 0x63

3 : 0x64

4 : 0x65

str1=01234

str2=fghij