java io系列23之 BufferedReader(字符缓冲输入流)
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更多内容请参考：java io系列01之 "目录"
BufferedReader 介绍
BufferedReader 是缓冲字符输入流。它继承于Reader。
BufferedReader 的作用是为其他字符输入流添加一些缓冲功能。
BufferedReader 函数列表
BufferedReader(Reader in)BufferedReader(Reader in, int size)void close()void mark(int markLimit)boolean markSupported()int read()int read(char[] buffer, int offset, int length)String readLine()boolean ready()void reset()long skip(long charCount)
BufferedReader 源码分析(基于jdk1.7.40)
1 package java.io; 2 3 public class BufferedReader extends Reader { 4 5 private Reader in; 6 7 // 字符缓冲区 8 private char cb[]; 9 // nChars 是cb缓冲区中字符的总的个数 10 // nextChar 是下一个要读取的字符在cb缓冲区中的位置 11 private int nChars, nextChar; 12 13 // 表示“标记无效”。它与UNMARKED的区别是： 14 // (01) UNMARKED 是压根就没有设置过标记。 15 // (02) 而INVALIDATED是设置了标记，但是被标记位置太长，导致标记无效！ 16 private static final int INVALIDATED = -2; 17 // 表示没有设置“标记” 18 private static final int UNMARKED = -1; 19 // “标记” 20 private int markedChar = UNMARKED; 21 // “标记”能标记位置的最大长度 22 private int readAheadLimit = 0; /* Valid only when markedChar > 0 */ 23 24 // skipLF(即skip Line Feed)是“是否忽略换行符”标记 25 private boolean skipLF = false; 26 27 // 设置“标记”时，保存的skipLF的值 28 private boolean markedSkipLF = false; 29 30 // 默认字符缓冲区大小 31 private static int defaultCharBufferSize = 8192; 32 // 默认每一行的字符个数 33 private static int defaultExpectedLineLength = 80; 34 35 // 创建“Reader”对应的BufferedReader对象，sz是BufferedReader的缓冲区大小 36 public BufferedReader(Reader in, int sz) { 37 super(in); 38 if (sz <= 0) 39 throw new IllegalArgumentException("Buffer size <= 0"); 40 this.in = in; 41 cb = new char[sz]; 42 nextChar = nChars = 0; 43 } 44 45 // 创建“Reader”对应的BufferedReader对象，默认的BufferedReader缓冲区大小是8k 46 public BufferedReader(Reader in) { 47 this(in, defaultCharBufferSize); 48 } 49 50 // 确保“BufferedReader”是打开状态 51 private void ensureOpen() throws IOException { 52 if (in == null) 53 throw new IOException("Stream closed"); 54 } 55 56 // 填充缓冲区函数。有以下两种情况被调用： 57 // (01) 缓冲区没有数据时，通过fill()可以向缓冲区填充数据。 58 // (02) 缓冲区数据被读完，需更新时，通过fill()可以更新缓冲区的数据。 59 private void fill() throws IOException { 60 // dst表示“cb中填充数据的起始位置”。 61 int dst; 62 if (markedChar <= UNMARKED) { 63 // 没有标记的情况，则设dst=0。 64 dst = 0; 65 } else { 66 // delta表示“当前标记的长度”，它等于“下一个被读取字符的位置”减去“标记的位置”的差值； 67 int delta = nextChar - markedChar; 68 if (delta >= readAheadLimit) { 69 // 若“当前标记的长度”超过了“标记上限(readAheadLimit)”， 70 // 则丢弃标记！ 71 markedChar = INVALIDATED; 72 readAheadLimit = 0; 73 dst = 0; 74 } else { 75 if (readAheadLimit <= cb.length) { 76 // 若“当前标记的长度”没有超过了“标记上限(readAheadLimit)”， 77 // 并且“标记上限(readAheadLimit)”小于/等于“缓冲的长度”； 78 // 则先将“下一个要被读取的位置，距离我们标记的置符的距离”间的字符保存到cb中。 79 System.arraycopy(cb, markedChar, cb, 0, delta); 80 markedChar = 0; 81 dst = delta; 82 } else { 83 // 若“当前标记的长度”没有超过了“标记上限(readAheadLimit)”， 84 // 并且“标记上限(readAheadLimit)”大于“缓冲的长度”； 85 // 则重新设置缓冲区大小，并将“下一个要被读取的位置，距离我们标记的置符的距离”间的字符保存到cb中。 86 char ncb[] = new char[readAheadLimit]; 87 System.arraycopy(cb, markedChar, ncb, 0, delta); 88 cb = ncb; 89 markedChar = 0; 90 dst = delta; 91 } 92 // 更新nextChar和nChars 93 nextChar = nChars = delta; 94 } 95 } 96 97 int n; 98 do { 99 // 从“in”中读取数据，并存储到字符数组cb中；100 // 从cb的dst位置开始存储，读取的字符个数是cb.length - dst101 // n是实际读取的字符个数；若n==0(即一个也没读到)，则继续读取！102 n = in.read(cb, dst, cb.length - dst);103 } while (n == 0);104 105 // 如果从“in”中读到了数据，则设置nChars(cb中字符的数目)=dst+n，106 // 并且nextChar(下一个被读取的字符的位置)=dst。107 if (n > 0) {108 nChars = dst + n;109 nextChar = dst;110 }111 }112 113 // 从BufferedReader中读取一个字符，该字符以int的方式返回114 public int read() throws IOException {115 synchronized (lock) {116 ensureOpen();117 for (;;) {118 // 若“缓冲区的数据已经被读完”，119 // 则先通过fill()更新缓冲区数据120 if (nextChar >= nChars) {121 fill();122 if (nextChar >= nChars)123 return -1;124 }125 // 若要“忽略换行符”，126 // 则对下一个字符是否是换行符进行处理。127 if (skipLF) {128 skipLF = false;129 if (cb[nextChar] == '\n') {130 nextChar++;131 continue;132 }133 }134 // 返回下一个字符135 return cb[nextChar++];136 }137 }138 }139 140 // 将缓冲区中的数据写入到数组cbuf中。off是数组cbuf中的写入起始位置，len是写入长度141 private int read1(char[] cbuf, int off, int len) throws IOException {142 // 若“缓冲区的数据已经被读完”，则更新缓冲区数据。143 if (nextChar >= nChars) {144 if (len >= cb.length && markedChar <= UNMARKED && !skipLF) {145 return in.read(cbuf, off, len);146 }147 fill();148 }149 // 若更新数据之后，没有任何变化；则退出。150 if (nextChar >= nChars) return -1;151 // 若要“忽略换行符”，则进行相应处理152 if (skipLF) {153 skipLF = false;154 if (cb[nextChar] == '\n') {155 nextChar++;156 if (nextChar >= nChars)157 fill();158 if (nextChar >= nChars)159 return -1;160 }161 }162 // 拷贝字符操作163 int n = Math.min(len, nChars - nextChar);164 System.arraycopy(cb, nextChar, cbuf, off, n);165 nextChar += n;166 return n;167 }168 169 // 对read1()的封装，添加了“同步处理”和“阻塞式读取”等功能170 public int read(char cbuf[], int off, int len) throws IOException {171 synchronized (lock) {172 ensureOpen();173 if ((off < 0) || (off > cbuf.length) || (len < 0) ||174 ((off + len) > cbuf.length) || ((off + len) < 0)) {175 throw new IndexOutOfBoundsException();176 } else if (len == 0) {177 return 0;178 }179 180 int n = read1(cbuf, off, len);181 if (n <= 0) return n;182 while ((n < len) && in.ready()) {183 int n1 = read1(cbuf, off + n, len - n);184 if (n1 <= 0) break;185 n += n1;186 }187 return n;188 }189 }190 191 // 读取一行数据。ignoreLF是“是否忽略换行符”192 String readLine(boolean ignoreLF) throws IOException {193 StringBuffer s = null;194 int startChar;195 196 synchronized (lock) {197 ensureOpen();198 boolean omitLF = ignoreLF || skipLF;199 200 bufferLoop:201 for (;;) {202 203 if (nextChar >= nChars)204 fill();205 if (nextChar >= nChars) { /* EOF */206 if (s != null && s.length() > 0)207 return s.toString();208 else209 return null;210 }211 boolean eol = false;212 char c = 0;213 int i;214 215 /* Skip a leftover '\n', if necessary */216 if (omitLF && (cb[nextChar] == '\n'))217 nextChar++;218 skipLF = false;219 omitLF = false;220 221 charLoop:222 for (i = nextChar; i < nChars; i++) {223 c = cb[i];224 if ((c == '\n') || (c == '\r')) {225 eol = true;226 break charLoop;227 }228 }229 230 startChar = nextChar;231 nextChar = i;232 233 if (eol) {234 String str;235 if (s == null) {236 str = new String(cb, startChar, i - startChar);237 } else {238 s.append(cb, startChar, i - startChar);239 str = s.toString();240 }241 nextChar++;242 if (c == '\r') {243 skipLF = true;244 }245 return str;246 }247 248 if (s == null)249 s = new StringBuffer(defaultExpectedLineLength);250 s.append(cb, startChar, i - startChar);251 }252 }253 }254 255 // 读取一行数据。不忽略换行符256 public String readLine() throws IOException {257 return readLine(false);258 }259 260 // 跳过n个字符261 public long skip(long n) throws IOException {262 if (n < 0L) {263 throw new IllegalArgumentException("skip value is negative");264 }265 synchronized (lock) {266 ensureOpen();267 long r = n;268 while (r > 0) {269 if (nextChar >= nChars)270 fill();271 if (nextChar >= nChars) /* EOF */272 break;273 if (skipLF) {274 skipLF = false;275 if (cb[nextChar] == '\n') {276 nextChar++;277 }278 }279 long d = nChars - nextChar;280 if (r <= d) {281 nextChar += r;282 r = 0;283 break;284 }285 else {286 r -= d;287 nextChar = nChars;288 }289 }290 return n - r;291 }292 }293 294 // “下一个字符”是否可读295 public boolean ready() throws IOException {296 synchronized (lock) {297 ensureOpen();298 299 // 若忽略换行符为true；300 // 则判断下一个符号是否是换行符，若是的话，则忽略301 if (skipLF) {302 if (nextChar >= nChars && in.ready()) {303 fill();304 }305 if (nextChar < nChars) {306 if (cb[nextChar] == '\n')307 nextChar++;308 skipLF = false;309 }310 }311 return (nextChar < nChars) || in.ready();312 }313 }314 315 // 始终返回true。因为BufferedReader支持mark(), reset()316 public boolean markSupported() {317 return true;318 }319 320 // 标记当前BufferedReader的下一个要读取位置。关于readAheadLimit的作用，参考后面的说明。321 public void mark(int readAheadLimit) throws IOException {322 if (readAheadLimit < 0) {323 throw new IllegalArgumentException("Read-ahead limit < 0");324 }325 synchronized (lock) {326 ensureOpen();327 // 设置readAheadLimit328 this.readAheadLimit = readAheadLimit;329 // 保存下一个要读取的位置330 markedChar = nextChar;331 // 保存“是否忽略换行符”标记332 markedSkipLF = skipLF;333 }334 }335 336 // 重置BufferedReader的下一个要读取位置，337 // 将其还原到mark()中所保存的位置。338 public void reset() throws IOException {339 synchronized (lock) {340 ensureOpen();341 if (markedChar < 0)342 throw new IOException((markedChar == INVALIDATED)343 ? "Mark invalid"344 : "Stream not marked");345 nextChar = markedChar;346 skipLF = markedSkipLF;347 }348 }349 350 public void close() throws IOException {351 synchronized (lock) {352 if (in == null)353 return;354 in.close();355 in = null;356 cb = null;357 }358 }359 }
说明：
要想读懂BufferReader的源码，就要先理解它的思想。BufferReader的作用是为其它Reader提供缓冲功能。创建BufferReader时，我们会通过它的构造函数指定某个Reader为参数。BufferReader会将该Reader中的数据分批读取，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Reader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，容量不想硬盘那么大。
下面，我就BufferReader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。我们先看看fill()的源码：
1 private void fill() throws IOException { 2 int dst; 3 if (markedChar <= UNMARKED) { 4 /* No mark */ 5 dst = 0; 6 } else { 7 /* Marked */ 8 int delta = nextChar - markedChar; 9 if (delta >= readAheadLimit) {10 /* Gone past read-ahead limit: Invalidate mark */11 markedChar = INVALIDATED;12 readAheadLimit = 0;13 dst = 0;14 } else {15 if (readAheadLimit <= cb.length) {16 /* Shuffle in the current buffer */17 System.arraycopy(cb, markedChar, cb, 0, delta);18 markedChar = 0;19 dst = delta;20 } else {21 /* Reallocate buffer to accommodate read-ahead limit */22 char ncb[] = new char[readAheadLimit];23 System.arraycopy(cb, markedChar, ncb, 0, delta);24 cb = ncb;25 markedChar = 0;26 dst = delta;27 }28 nextChar = nChars = delta;29 }30 }31 32 int n;33 do {34 n = in.read(cb, dst, cb.length - dst);35 } while (n == 0);36 if (n > 0) {37 nChars = dst + n;38 nextChar = dst;39 }40 }
根据fill()中的if...else...，我将fill()分为4种情况进行说明。
情况1：读取完缓冲区的数据，并且缓冲区没有被标记
执行流程如下，
(01) 其它函数调用 fill()，来更新缓冲区的数据
(02) fill() 执行代码 if (markedChar <= UNMARKED) { ... }
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：
1 private void fill() throws IOException { 2 int dst; 3 if (markedChar <= UNMARKED) { 4 /* No mark */ 5 dst = 0; 6 } 7 8 int n; 9 do {10 n = in.read(cb, dst, cb.length - dst);11 } while (n == 0);12 13 if (n > 0) {14 nChars = dst + n;15 nextChar = dst;16 }17 }
说明：
这种情况发生的情况是 — — Reader中有很长的数据，我们每次从中读取一部分数据到缓冲中进行操作。每次当我们读取完缓冲中的数据之后，并且此时BufferedReader没有被标记；那么，就接着从Reader(BufferReader提供缓冲功能的Reader)中读取下一部分的数据到缓冲中。
其中，判断是否读完缓冲区中的数据，是通过“比较nextChar和nChars之间大小”来判断的。其中，nChars 是缓冲区中字符的总的个数，而 nextChar 是缓冲区中下一个要读取的字符的位置。
判断BufferedReader有没有被标记，是通过“markedChar”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 (markedChar <= UNMARKED) 它的作用是判断“BufferedReader是否被标记”。若被标记，则dst=0。
(02) in.read(cb, dst, cb.length - dst) 等价于 in.read(cb, 0, cb.length)，意思是从Reader对象in中读取cb.length个数据，并存储到缓冲区cb中，而且从缓冲区cb的位置0开始存储。该函数返回值等于n，也就是n表示实际读取的字符个数。若n=0(即没有读取到数据)，则继续读取，直到读到数据为止。
(03) nChars=dst+n 等价于 nChars=n；意味着，更新缓冲区数据cb之后，设置nChars(缓冲区的数据个数)为n。
(04) nextChar=dst 等价于 nextChar=0；意味着，更新缓冲区数据cb之后，设置nextChar(缓冲区中下一个会被读取的字符的索引值)为0。
情况2：读取完缓冲区的数据，缓冲区的标记位置>0，并且“当前标记的长度”超过“标记上限(readAheadLimit)”
执行流程如下，
(01) 其它函数调用 fill()，来更新缓冲区的数据
(02) fill() 执行代码 if (delta >= readAheadLimit) { ... }
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：
1 private void fill() throws IOException { 2 int dst; 3 if (markedChar > UNMARKED) { 4 int delta = nextChar - markedChar; 5 if (delta >= readAheadLimit) { 6 markedChar = INVALIDATED; 7 readAheadLimit = 0; 8 dst = 0; 9 } 10 }11 12 int n;13 do {14 n = in.read(cb, dst, cb.length - dst);15 } while (n == 0);16 if (n > 0) {17 nChars = dst + n;18 nextChar = dst;19 }20 }
说明：
这种情况发生的情况是 — — BufferedReader中有很长的数据，我们每次从中读取一部分数据到缓冲区中进行操作。当我们读取完缓冲区中的数据之后，并且此时，BufferedReader存在标记时，同时，“当前标记的长度”大于“标记上限”；那么，就发生情况2。此时，我们会丢弃“标记”并更新缓冲区。
(01) delta = nextChar - markedChar；其中，delta就是“当前标记的长度”，它是“下一个被读取字符的位置”减去“被标记的位置”的差值。
(02) if (delta >= readAheadLimit)；其中，当delta >= readAheadLimit，就意味着，“当前标记的长度”>=“标记上限”。为什么要有标记上限，即readAheadLimit的值到底有何意义呢？
我们标记一个位置之后，更新缓冲区的时候，被标记的位置会被保存；当我们不停的更新缓冲区的时候，被标记的位置会被不停的放大。然后内存的容量是有效的，我们不可能不限制长度的存储标记。所以，需要readAheadLimit来限制标记长度！
(03) in.read(cb, dst, cb.length - dst) 等价于 in.read(cb, 0, cb.length)，意思是从Reader对象in中读取cb.length个数据，并存储到缓冲区cb中，而且从缓冲区cb的位置0开始存储。该函数返回值等于n，也就是n表示实际读取的字符个数。若n=0(即没有读取到数据)，则继续读取，直到读到数据为止。
(04) nChars=dst+n 等价于 nChars=n；意味着，更新缓冲区数据cb之后，设置nChars(缓冲区的数据个数)为n。
(05) nextChar=dst 等价于 nextChar=0；意味着，更新缓冲区数据cb之后，设置nextChar(缓冲区中下一个会被读取的字符的索引值)为0。
情况3：读取完缓冲区的数据，缓冲区的标记位置>0，“当前标记的长度”没超过“标记上限(readAheadLimit)”，并且“标记上限(readAheadLimit)”小于/等于“缓冲的长度”；
执行流程如下，
(01) 其它函数调用 fill()，来更新缓冲区的数据
(02) fill() 执行代码 if (readAheadLimit <= cb.length) { ... }
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：
1 private void fill() throws IOException { 2 int dst; 3 if (markedChar > UNMARKED) { 4 int delta = nextChar - markedChar; 5 if ((delta < readAheadLimit) && (readAheadLimit <= cb.length) ) { 6 System.arraycopy(cb, markedChar, cb, 0, delta); 7 markedChar = 0; 8 dst = delta; 9 10 nextChar = nChars = delta;11 }12 }13 14 int n;15 do {16 n = in.read(cb, dst, cb.length - dst);17 } while (n == 0);18 if (n > 0) {19 nChars = dst + n;20 nextChar = dst;21 }22 }
说明：
这种情况发生的情况是 — — BufferedReader中有很长的数据，我们每次从中读取一部分数据到缓冲区中进行操作。当我们读取完缓冲区中的数据之后，并且此时，BufferedReader存在标记时，同时，“当前标记的长度”小于“标记上限”，并且“标记上限”小于/等于“缓冲区长度”；那么，就发生情况3。此时，我们保留“被标记的位置”(即，保留被标记位置开始的数据)，并更新缓冲区(将新增的数据，追加到保留的数据之后)。
情况4：读取完缓冲区的数据，缓冲区的标记位置>0，“当前标记的长度”没超过“标记上限(readAheadLimit)”，并且“标记上限(readAheadLimit)”大于“缓冲的长度”；
执行流程如下，
(01) 其它函数调用 fill()，来更新缓冲区的数据
(02) fill() 执行代码 else { char ncb[] = new char[readAheadLimit]; ... }
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：
1 private void fill() throws IOException { 2 int dst; 3 if (markedChar > UNMARKED) { 4 int delta = nextChar - markedChar; 5 if ((delta < readAheadLimit) && (readAheadLimit > cb.length) ) { 6 char ncb[] = new char[readAheadLimit]; 7 System.arraycopy(cb, markedChar, ncb, 0, delta); 8 cb = ncb; 9 markedChar = 0;10 dst = delta;11 12 nextChar = nChars = delta;13 }14 }15 16 int n;17 do {18 n = in.read(cb, dst, cb.length - dst);19 } while (n == 0);20 if (n > 0) {21 nChars = dst + n;22 nextChar = dst;23 }24 }
说明：
这种情况发生的情况是 — — BufferedReader中有很长的数据，我们每次从中读取一部分数据到缓冲区中进行操作。当我们读取完缓冲区中的数据之后，并且此时，BufferedReader存在标记时，同时，“当前标记的长度”小于“标记上限”，并且“标记上限”大于“缓冲区长度”；那么，就发生情况4。此时，我们要先更新缓冲区的大小，然后再保留“被标记的位置”(即，保留被标记位置开始的数据)，并更新缓冲区数据(将新增的数据，追加到保留的数据之后)。
示例代码
关于BufferedReader中API的详细用法，参考示例代码(BufferedReaderTest.java)：
1 import java.io.BufferedReader; 2 import java.io.ByteArrayInputStream; 3 import java.io.File; 4 import java.io.InputStream; 5 import java.io.FileReader; 6 import java.io.IOException; 7 import java.io.FileNotFoundException; 8 import java.lang.SecurityException; 9 10 /**11 * BufferedReader 测试程序12 *13 * @author skywang14 */15 public class BufferedReaderTest {16 17 private static final int LEN = 5;18 19 public static void main(String[] args) {20 testBufferedReader() ;21 }22 23 /**24 * BufferedReader的API测试函数25 */26 private static void testBufferedReader() {27 28 // 创建BufferedReader字符流，内容是ArrayLetters数组29 try {30 File file = new File("bufferedreader.txt");31 BufferedReader in =32 new BufferedReader(33 new FileReader(file));34 35 // 从字符流中读取5个字符。“abcde”36 for (int i=0; i<LEN; i++) {37 // 若能继续读取下一个字符，则读取下一个字符38 if (in.ready()) {39 // 读取“字符流的下一个字符”40 int tmp = in.read();41 System.out.printf("%d : %c\n", i, tmp);42 }43 }44 45 // 若“该字符流”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marklimit53 in.mark(1024);54 55 // 跳过22个字符。56 in.skip(22);57 58 // 读取5个字符59 char[] buf = new char[LEN];60 in.read(buf, 0, LEN);61 System.out.printf("buf=%s\n", String.valueOf(buf));62 // 读取该行剩余的数据63 System.out.printf("readLine=%s\n", in.readLine());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“重置后的字符流”中读取5个字符到buf中。即读取“fghij”68 in.read(buf, 0, LEN);69 System.out.printf("buf=%s\n", String.valueOf(buf));70 71 in.close();72 } catch (FileNotFoundException e) {73 e.printStackTrace();74 } catch (SecurityException e) {75 e.printStackTrace();76 } catch (IOException e) {77 e.printStackTrace();78 }79 }80 }
程序中读取的bufferedreader.txt的内容如下：
abcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
运行结果：
0 : a
1 : b
2 : c
3 : d
4 : e
buf=01234
readLine=56789
buf=fghij
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