学习笔记之java.io包中的字节流（上）—— 基本的InputStream和OutputStream

先看下类的声明：

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publicabstract class InputStream implementsCloseable

publicabstract class OutputStream implementsCloseable, Flushable

可见此二者都是抽象类，而非接口。也就是说除了分别满足java.io.Closeable和java.io.Flushable，提供了close()和flush()方法的默认实现外，还给出了其它实现，像InputStream就提供了skip()方法实现等。

我们更关心的是InputStream中的几个read()方法和OutputStream的几个write()方法。而实际上最核心的read()和write()方法，InputStream和OutputStream并未给出直接实现，这正是InputStream和OutputStream抽象的地方，我们来看下。

InputStream的read()方法：

• public abstract int read() throws IOException; 核心read()方法，留给子类实现。
• public int read(byte b[])
• public int read(byte b[], int off, int len)

后两者是调用第一个方法读特定长度的数据放入byte数组中。

OutputStream的write()方法：

• public abstract void write(int b) throws IOException; 核心write()方法，留给子类实现。
• public void write(byte b[])
•  public void write(byte b[], int off, int len)

和read()类似，把字节数组中的特定数据挨个调用第一个write()方法写出。

再说read()和wirte()实现，那么就要看一下InputStream和OutputStream的子类。我们先来看看InputStream和OutputStream的直接子类。

在java.io中InputStream的直接子类有：

• java.io.ByteArrayInputStream
• java.io.FileInputStream
• java.io.FilterInputStream
• java.io.ObjectInputStream
• java.io.PipedInputStream
• java.io.SequenceInputStream
• java.io.StringBufferInputStream

而java.io中OutputStream的直接子类有：

• java.io.ByteArrayOutputStream
• java.io.FileOutputStream
• java.io.FilterOutputStream
• java.io.ObjectOutputStream
• java.io.PipedOutputStream

这些当中，FileInputStream和FileOutputStream是与外部IO直接有关系的，而FilterInputStream和FilterOutputStream是“装饰者”设计实现的基类，其它各类都是特定场景下InputStream和OutputStream的实现，我们来具体看看。

1. FileInputStream/FileOutputStream

顾名思义，是文件的输入流和输出流。文件存在于哪里呢？通常存在于外部设备上，这个是这些实现类中比较特殊的。我们如果做过C语言开发，知道我们通常会open操作系统中的文件，并保留其文件描述符fd。其实，在Java中我们也有类似的东西。首先，就有fd属性，它是FileDescriptor类，和C等底层语言中一样，这实际上是对底层文件的一个描述符，和底层文件进行交互的时候少不了它。实际上在FileInputStream/FileOutputStream对象构造方法中，我们初始化了FileDescriptor的fd对象，并调用了open()方法。

遗憾的是，像open()、read()、write()、skip()、available()这些FileInputStream/FileOutputStream中的具体操作方法，在(Sun)JDK中都冠以native，即本地实现，这样做的好处就是上层开发使用者不必关心，统统交由JVM等底层实现进行处理，实现了平台无关性。

在FileInputStream还有这样几个属性：

• private final FileDescriptor fd;
• private FileChannel channel = null;   JDK1.4之后为了支持NIO的Channel操作
• private final Object closeLock = new Object();  关闭时的并发同步锁
• private volatile boolean closed = false; 关闭标志
• private static final ThreadLocal<Boolean> runningFinalize =
  new ThreadLocal<>();  finalize是否运行的标志

此外，再简要看下FileInputStream构造方法的一个具体实现：

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publicFileInputStream(File file) throwsFileNotFoundException {

    String name = (file != null? file.getPath() : null);

    SecurityManager security = System.getSecurityManager();

    if(security != null) {

        security.checkRead(name);

    }

    if(name == null) {

        thrownew NullPointerException();

    }

    fd = newFileDescriptor();

    fd.incrementAndGetUseCount();

    open(name);

}

其它重载要么是调用了这个方法，要么实质上是一致的。FileOutputStream也是类似，出了open()调用的时候有一个append属性参数，标志是否为文件追加。

2. ByteArrayInputStream/ByteArrayOutputStream

名称也很直接，实际上就是字节数组，在构造类对象的时候给出一个byte数组。对于ByteArrayInputStream来说，这个byte数组就是读取的源头，而ByteArrayOutputStream则是write()的目的地。

此外，构造方法中还可以指定这个byte数组的有效起点和长度。

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publicByteArrayInputStream(bytebuf[], intoffset, intlength) {

    this.buf = buf;

    this.pos = offset;

    this.count = Math.min(offset + length, buf.length);

    this.mark = offset;

}

而对于ByteArrayOutputStream，给出byte数组长度参数即可。甚至还有默认实现，长度32。

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publicByteArrayOutputStream(intsize) {

    if(size < 0) {

        thrownew IllegalArgumentException("Negative initial size: "

                                           + size);

    }

    buf = newbyte[size];

}

3. PipedInputStream/PipedOutputStream

从名字理解也没错，就是管道输入输出（字节）流。它们的存在需要彼此，即PipedInputStream对象和PipedOutputStream对象只有互相存在才真正有意义，当然可以先构建后连接（connect）。

总体来说就是PipedInputStream维护了一个PipedOutputStream对象的属性，而PipedOutputStream也维护了一个PipedInputStream对象属性。而PipedInputStream额外维护了一个缓冲区数组。当PipedOutputStream执行write()的时候，如果PipedInputStream对象未就绪，会发生一个异常。就绪情况下会调用PipedInputStream对象的receive()方法进行接收，也就是写入缓冲数组buf[]。而最终的PipedInputStream的读取就从这个buf[]缓冲数组中来。

4. SequenceInputStream

这个SequenceInputStream是InputStream的另一个实现，而且没有OutputStream与其对应（至少在java.io中没有）。这个类实际上所做的，也是一个对多个其它InputStream的“包装”，而这个所谓的“包装”的作用就是把这些依次（sequently）连接起来，当一个read()到头了（返回-1）就接着读下一个。

下面是read()方法实现：

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publicint read() throwsIOException {

    if(in == null) {

        return-1;

    }

    intc = in.read();

    if(c == -1) {

        nextStream();

        returnread();

    }

    returnc;

}

5. StringBufferInputStream

这个类的对象是通过一个String字符串对象来构造，read()实际上就是读取其中的字节（读取到char再和0xFF与操作）。遗憾的是这个类已经被@Deprecated，即不建议使用。不多说了。

6. ObjectInputStream/ObjectOutputStream

ObjectInputStream除了extends了InputStream，还实现了ObjectOutput, ObjectStreamConstants两个接口。ObjectOutputStream也类似。

这两个类与序列化有关，后面序列化文章统一说明。

7. FilterInputStream/FilterOutputStream