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Java源码解析——Java IO包

2018-06-18 02:16:10来源：未知阅读 ()

一、基础知识：

1. Java IO一般包含两个部分：1）java.io包中阻塞型IO；2）java.nio包中的非阻塞型IO，通常称为New IO。这里只考虑到java.io包中堵塞型IO；

2. Java.io包简单地分类。

　　2.1 Java的IO主要包含三个部分：

　　1）流式部分――IO的主体部分；

　　2）非流式部分――主要包含一些辅助流式部分的类，如：File类、RandomAccessFile类和FileDescriptor等类；

　　3）文件读取部分的与安全相关的类，如：SerializablePermission类。以及与本地操作系统相关的文件系统的类，如：FileSystem类和Win32FileSystem类和WinNTFileSystem类。

　　2.2 流式部分可以概括：

　　1）字节流（Byte Stream）和字符流（Char Stream）的对应；

　　2）输入和输出的对应。

　　3）从字节流到字符流的桥梁。对应于输入和输出为InputStreamReader和OutputStreamWriter。

　　2.3 流的具体类中又可以具体分为：

1）介质流（Media Stream或者称为原始流Raw Stream）――主要指一些基本的流，他们主要是从具体的介质上，如：文件、内存缓冲区（Byte数组、Char数组、StringBuffer对象）等，读取数据；

2）过滤流（Filter Stream）――主要指所有FilterInputStream/FilterOutputStream和FilterReader/FilterWriter的子类，主要是对其包装的类进行某些特定的处理，如：缓存等。

　　2.4 节点流和处理流

　　1）节点流是FileInputStream、ByteArrayInputStream这些直接从某个地方获取流的类；

2）处理流则是BufferedInputStream这种可以装饰节点流，来实现特定功能的类。因此，节点流可以理解为装饰者模式中的被装饰者，处理流则是装饰者。

类图可以参考博客：https://blog.csdn.net/u013063153/article/category/6399747

二、类的分析

1、输入字节流

　　IO中输入字节流的继承图:

-InputStream
    -ByteArrayInputStream         //将内存中的Byte数组适配为一个InputStream
    -FileInputStream    　　　　　　//最基本的文件输入流。主要用于从文件中读取信息
    -FilterInputStream    　　　　　//给其它被装饰对象提供额外功能的抽象类
        -BufferedInputStream    　//使用该对象阻止每次读取一个字节都会频繁操作IO。将字节读取一个缓存区，从缓存区读取。
        -DataInputStream    　　　 //使用它可以读出基本数据类型
        -LineNumberInputStream    //跟踪输入流中的行号。可以得到和设置行号。
        -PushbackInputStream      //可以在读取最后一个byte 后将其放回到缓存中。
    -ObjectInputStream
    -PipedInputStream        　　　//在流中实现了管道的概念读取PipedOutputStream写入的数据。
    -SequenceInputStream    　　　 //将2个或者多个InputStream 对象转变为一个InputStream
    -StringBufferInputStream    　//将内存中的字符串适配为一个InputStream（废弃）

　　1）InputStream是抽象类，是所有字节输入流的超类。

　　2）ByteArrayInputStream、StringBufferInputStream、FileInputStream是三种基本的介质流，它们分别将Byte数组、StringBuffer、和本地文件中读取数据。PipedInputStream是从与其它线程共用的管道中读取数据；

　　3）ObjectInputStream和所有FilterInputStream的子类都是装饰流（装饰器模式的主角）。

　　4）FileInputStream 文件输入流，用于读取本地文件中的字节数据。

2. IO中的输出字节流

IO中输出字节流的继承图:

-OutputStream
    -ByteArrayOutputStream    　　//在内存中创建一个buffer。所有写入此流中的数据都被放入到此buffer中。
    -FileOutputStream    　　　　　//将信息写入文件中。
    -FilterOutputStream    　　　　//实现OutputStream装饰器功能的抽象类。    
        -BufferedOutputStream     //使用该对象阻止每次读取一个字节都会频繁操作IO。将字节读取一个缓存区，从缓存区读取。
        -DataOutputStream    　　 //使用它可以写入基本数据类型。        
        -PrintStream    　　　　　　//产生具有格式的输出信息。（一般地在java程序中DataOutputStream用于数据的存储，即J2EE中持久层完成的功能，PrintStream完成显示的功能，类似于J2EE中表现层的功能）
        -BufferedOutputStream    //使用它可以避免频繁地向IO写入数据，数据一般都写入一个缓存区，在调用flush方法后会清空缓存、一次完成数据的写入。    
        -PipedOutputStream    　　//任何写入此对象的信息都被放入对应PipedInputStream 对象的缓存中，从而完成线程的通信，实现了“管道”的概念。

　　1）OutputStream是所有的输出字节流的父类，它是一个抽象类。

　　2）ByteArrayOutputStream、FileOutputStream是两种基本的介质流，它们分别向Byte数组、和本地文件中写入数据。PipedOutputStream是向与其它线程共用的管道中写入数据。

　　3）ObjectOutputStream和所有FilterOutputStream的子类都是装饰流。

3. 字节流的输入与输出的对应

　　1）LineNumberInputStream主要完成从流中读取数据时，会得到相应的行号，至于什么时候分行、在哪里分行是由改类主动确定的，并不是在原始中有这样一个行号。在输出部分没有对应的部分，我们完全可以自己建立一个LineNumberOutputStream，在最初写入时会有一个基准的行号，以后每次遇到换行时会在下一行添加一个行号，看起来也是可以的。

　　2）PushbackInputStream的功能是查看最后一个字节，不满意就放入缓冲区。主要用在编译器的语法、词法分析部分。输出部分的BufferedOutputStream几乎实现相近的功能。

　　3）SequenceInputStream可以认为是一个工具类，将两个或者多个输入流当成一个输入流依次读取。完全可以从IO包中去除，还完全不影响IO包的结构，却让其更“纯洁”――纯洁的Decorator模式。

　　4）PrintStream也可以认为是一个辅助工具。主要可以向其他输出流，或者FileInputStream写入数据，本身内部实现还是带缓冲的。本质上是对其它流的综合运用的一个工具而已。一样可以踢出IO包！System.out和System.out就是PrintStream的实例！

　　5）ObjectInputStream/ObjectOutputStream和DataInputStream/DataOutputStream主要是要求写对象/数据和读对象/数据的次序要保持一致，否则轻则不能得到正确的数据，重则抛出异常；

　　6）PipedInputStream/PipedOutputStream在创建时一般就一起创建，调用它们的读写方法时会检查对方是否存在，或者关闭。

4. 输入字符流

IO中输入字符流的继承图:

-Reader
    -BufferedReader
        -LineNumberReader
    -CharArrayReader
    -FilterReader
        -PushbackReader
    -InputStreamReader
        -FileReader
    -PipedReader
    -StringReader

　　1）Reader是所有的输入字符流的父类，它是一个抽象类。

　　2）CharReader、StringReader是两种基本的介质流，它们分别将Char数组、String中读取数据。PipedReader是从与其它线程共用的管道中读取数据。

　　3）BufferedReader很明显就是一个装饰器，它和其子类负责装饰其它Reader对象。

　　4）FilterReader是所有自定义具体装饰流的父类，其子类PushbackReader对Reader对象进行装饰，会增加一个行号。

　　5）InputStreamReader是字节流向字符流转化的桥梁，它使用指定的 charset 读取字节并将其解码为字符。它使用的字符集可以由名称指定或显式给定，或者可以接受平台默认的字符集。其构造方法的默认参数为InputStream 对象。

使用方法：

InputStreamReader(InputStream in)，
InputStreamReader(Inputstreamin, charset cs)

为了达到最高效率，InputStreamReader通常用法为：

BufferedReader in = new BufferedReader(newInputStreamReader(System.in));

BufferedReader：缓冲输入流，包装其他字符输入流，提高读取效率，从字符输入流中读取文本，缓冲各个字符，从而实现字符、数组和行的高效读取。Reader的读取操作开销大，为提高效率使用BufferedReader包装其他Reader（如FileReader和InputStreamReader）

5. 输出字符流：

IO中输出字符流的继承图:

-Writer
    -BufferedWriter
    -CharArrayWriter
    -FilterWriter
    -OutputStreamWriter
        -FileWriter
    -PipedWriter
    -PrintWriter
    -StringWriter

　　1）Writer是所有的输出字符流的父类，它是一个抽象类。

　　2）CharArrayWriter、StringWriter是两种基本的介质流，它们分别向Char数组、String中写入数据。PipedWriter是向与其它线程共用的管道中写入数据。

　　3） BufferedWriter是一个装饰器为Writer提供缓冲功能。

　　4）PrintWriter和PrintStream极其类似，功能和使用也非常相似。

　　5）OutputStreamWriter:是字符流通向字节流的桥梁，它使用指定的 charset 读取字符并将其解码为字节。它使用的字符集可以由名称指定或显式给定，或者可以接受平台默认的字符集。

使用方法：

其构造方法的默认参数为OutputStream 对象，

OutputStreamReader(InputStream in)，
OutputStreamReader(Inputstream in, charset cs)

为了达到最高效率，OutputStreamReader通常用法为：

BufferedWriter out = new BufferedWriter(newOutputStreamWriter(System.in));

BufferedWriter：缓冲输出流，包装其他字符输出流，提高读取效率，将文本写入字符输出流，缓冲各个字符，从而提供单个字符、数组和字符串的高效写入Writer的读取操作开销大，为提高效率使用BufferedWriter包装其他Writer（如FileWriter和InputStreamWriter）

6. 序列化与反序列化：ObjectInputStream，ObjectOutputStream

JAVA提出序列化是为了将对象在ObjectOutputStream:对象输出流，它的writeObject（Object obj）方法可以对参数指定的obj对象进行序列化，把得到的字节序列写到一个目标输出流中。

序列化过程：

File file = new File(“path”)；
OutputStream fos = new FileOutputStream(file);
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(“fos”);将输出流对象输出到file对象中。
oos.writeObject(Object obj);
oos.flush();
oos.close();

ObjectInputStream：对象输入流，它的readObject（）方法可以序列化文件进行反序列化，把字节序列文件转化为对象。

反序列化过程：

File file = new File(“path”)
InputStream fis = new FileInputStream(file);
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
Class obj = (class)ois.readObject();
Ois.close();

实现序列化的两种方式：

　　1）类实现Serializable接口，类只有实现了serializable接口，ObjectOutputstream才会去将类的对象序列化，否则会抛出NotSerializableException异常

　　2）类继承Externalizable类。

三、主要源码实现：

1.InputStream：

public abstract class InputStream implements Closeable {
    private static final int SKIP_BUFFER_SIZE = 2048;  //用于skip方法，和skipBuffer相关
    private static byte[] skipBuffer;    // skipBuffer is initialized in skip(long), if needed.
    
    //从输入流中读取下一个字节，
    //正常返回0-255，到达文件的末尾返回-1
    //在流中还有数据，但是没有读到时该方法会阻塞（block）
    //Java IO和New IO的区别就是阻塞流和非阻塞流
    //抽象方法！不同的子类不同的实现！
    public abstract int read() throws IOException;  
    
    //将流中的数据读入放在byte数组的第off个位置先后的len个位置中
    //放回值为放入字节的个数。
    //这个方法在利用抽象方法read，某种意义上简单的Templete模式。
    public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {
        //检查输入是否正常。一般情况下，检查输入是方法设计的第一步
        if (b == null) {    
            throw new NullPointerException();
        } else if (off < 0 || len < 0 || len > b.length - off) {
             throw new IndexOutOfBoundsException();
        } else if (len == 0) {
             return 0;
        }        
        //读取下一个字节
        int c = read();
        //到达文件的末端返回-1
        if (c == -1) {    return -1;   }
        //放回的字节downcast                           
        b[off] = (byte)c;
        //已经读取了一个字节                                                   
        int i = 1;                                                                        
        try {
            //最多读取len个字节，所以要循环len次
            for (; i < len ; i++) {
                //每次循环从流中读取一个字节
                //由于read方法阻塞，
                //所以read(byte[],int,int)也会阻塞
                c = read();
                //到达末尾，理所当然放回-1                                       
                if (c == -1) {            break;           } 
                //读到就放入byte数组中
                b[off + i] = (byte)c;
            }
        } catch (IOException ee) {     }
        return i;
    }

     //利用上面的方法read(byte[] b)
    public int read(byte b[]) throws IOException {
        return read(b, 0, b.length);
     }                          
    //方法内部使用的、表示要跳过的字节数目，
     public long skip(long n) throws IOException {
        long remaining = n;    
        int nr;
        if (skipBuffer == null)
        //初始化一个跳转的缓存
        skipBuffer = new byte[SKIP_BUFFER_SIZE];                   
        //本地化的跳转缓存
        byte[] localSkipBuffer = skipBuffer;          
        //检查输入参数，应该放在方法的开始                            
        if (n <= 0) {    return 0;      }                             
        //一共要跳过n个，每次跳过部分，循环       
        while (remaining > 0) {                                      
            nr = read(localSkipBuffer, 0, (int) Math.min(SKIP_BUFFER_SIZE, remaining));
            //利用上面的read(byte[],int,int)方法尽量读取n个字节  
            //读到流的末端，则返回
            if (nr < 0) {  break;    }
            //没有完全读到需要的，则继续循环
            remaining -= nr;                                       
        }       
        return n - remaining;//返回时要么全部读完，要么因为到达文件末端，读取了部分
    }
    //查询流中还有多少可以读取的字节
    //该方法不会block。在java中抽象类方法的实现一般有以下几种方式：
    //1.抛出异常（java.util）；2.“弱”实现。像上面这种。子类在必要的时候覆盖它。
    //3.“空”实现。
    public int available() throws IOException {           
        return 0;
    }
    //关闭当前流、同时释放与此流相关的资源
    //关闭当前流、同时释放与此流相关的资源
    public void close() throws IOException {}
    //markSupport可以查询当前流是否支持mark
    public synchronized void mark(int readlimit) {}
    //对mark过的流进行复位。只有当流支持mark时才可以使用此方法。
    public synchronized void reset() throws IOException {

                   throw new IOException("mark/reset not supported");

}
//查询是否支持mark
    //绝大部分不支持，因此提供默认实现，返回false。子类有需要可以覆盖。
    public boolean markSupported() {           
        return false;
    }
}

2.FilterInputStream

这是字节输入流部分装饰器模式的核心。是在装饰器模式中的Decorator对象，主要完成对其它流装饰的基本功能：

public class FilterInputStream extends InputStream {
    //装饰器的代码特征：被装饰的对象一般是装饰器的成员变量
    protected volatile InputStream in; //将要被装饰的字节输入流
    protected FilterInputStream(InputStream in) {   //通过构造方法传入此被装饰的流
        this.in = in;
     }
    //下面这些方法，完成最小的装饰――0装饰，只是调用被装饰流的方法而已
    public int read() throws IOException {
        return in.read();
    }
    public int read(byte b[]) throws IOException {
        return read(b, 0, b.length);
     }
    public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {
        return in.read(b, off, len);
     }
    public long skip(long n) throws IOException {
        return in.skip(n);
    }
    public int available() throws IOException {
        return in.available();
    }
    public void close() throws IOException {
        in.close();
    }
    public synchronized void mark(int readlimit) {
        in.mark(readlimit);
     }
    public synchronized void reset() throws IOException {
        in.reset();
    }
    public boolean markSupported() {
        return in.markSupported();
    }
}

ByteArray到ByteArrayInputStream的适配：

ByteArrayInputStream内部有一个byte类型的buffer。很典型的适配器模式的应用――将byte数组适配流的接口。

public class ByteArrayInputStream extends InputStream {
    protected byte buf[];                //内部的buffer，一般通过构造器输入
    protected int pos;                   //当前位置的cursor。从0至byte数组的长度。
    //byte[pos]就是read方法读取的字节
    protected int mark = 0;           //mark的位置。
    protected int count;              //流中字节的数目。

    //构造器，从一个byte[]创建一个ByteArrayInputStream
     public ByteArrayInputStream(byte buf[]) {
        //初始化流中的各个成员变量
        this.buf = buf;              
        this.pos = 0;
        this.count = buf.length;
     }
    //构造器
     public ByteArrayInputStream(byte buf[], int offset, int length) {                
        this.buf = buf;
        this.pos = offset; //与上面不同
        this.count = Math.min(offset + length, buf.length);
        this.mark = offset; //与上面不同
    }
    //从流中读取下一个字节
     public synchronized int read() {           
        //返回下一个位置的字节//流中没有数据则返回-1
        return (pos < count) ? (buf[pos++] & 0xff) : -1; 
    }
    // ByteArrayInputStream要覆盖InputStream中可以看出其提供了该方法的实现
    //某些时候，父类不能完全实现子类的功能，父类的实现一般比较通用。
    //当子类有更有效的方法时，我们会覆盖这些方法。
    public synchronized int read(byte b[], int off, int len) {
        //首先检查输入参数的状态是否正确
        if(b==null){ 
            throw new NullPointerException();
        } else if (off < 0 || len < 0 || len > b.length - off) {
            throw new IndexOutOfBoundsException();
        }
        if (pos >= count) {             return -1;             }
        if (pos + len > count) {      len = count - pos;         }
        if (len <= 0) {           return 0;     }
        //java中提供数据复制的方法
        //出于速度的原因！他们都用到System.arraycopy方法
        System.arraycopy(buf, pos, b, off, len); 
        pos += len;
        return len;
    }
    //下面这个方法，在InputStream中也已经实现了。
    //但是当时是通过将字节读入一个buffer中实现的，好像效率低了一点。
    //比InputStream中的方法简单、高效
    public synchronized long skip(long n) {
        //当前位置，可以跳跃的字节数目
        if (pos + n > count) {    n = count - pos;       }       
        //小于0，则不可以跳跃
         if (n < 0) {       return 0;     }   
        //跳跃后，当前位置变化                                 
        pos += n;                                                                              
        return n;
    }   
    //查询流中还有多少字节没有读取。                                 
public synchronized int available() {
    return count - pos;
    }
    //ByteArrayInputStream支持mark所以返回true
    public boolean markSupported() {                   

                   return true;

}  
    //在流中当前位置mark。      
    public void mark(int readAheadLimit) {            
        mark = pos;
     }
    //重置流。即回到mark的位置。
    public synchronized void reset() {
        pos = mark;
    }
    //关闭ByteArrayInputStream不会产生任何动作。
    public void close() throws IOException {   }
}

3.BufferedInputStream//该类主要完成对被包装流，加上一个缓存的功能

public class BufferedInputStream extends FilterInputStream {
    private static int defaultBufferSize = 8192;    //默认缓存的大小
    protected volatile byte buf[];  //内部的缓存
    protected int count;     //buffer的大小
    protected int pos;      //buffer中cursor的位置
    protected int markpos = -1;    //mark的位置
    protected int marklimit;     //mark的范围
    
    //原子性更新。和一致性编程相关
    private static final    
    AtomicReferenceFieldUpdater<BufferedInputStream, byte[]> bufUpdater =
    AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater (BufferedInputStream.class, byte[].class,"buf");
    //检查输入流是否关闭，同时返回被包装流
     private InputStream getInIfOpen() throws IOException {
        InputStream input = in;
        if (input == null)    throw new IOException("Stream closed");
        return input;
    }
    //检查buffer的状态，同时返回缓存
    private byte[] getBufIfOpen() throws IOException {                       
        byte[] buffer = buf;
        //不太可能发生的状态
        if (buffer == null)   throw new IOException("Stream closed");    
        return buffer;
    }

    //构造器
public BufferedInputStream(InputStream in) {
    //指定默认长度的buffer
        this(in, defaultBufferSize);                                                              
    }
    //构造器
    public BufferedInputStream(InputStream in, int size) {                           
        super(in);
        //检查输入参数
        if(size<=0){
            throw new IllegalArgumentException("Buffer size <= 0");
        }
        //创建指定长度的buffer
        buf = new byte[size]; 
    }
    //从流中读取数据，填充如缓存中。
    private void fill() throws IOException {
        //得到buffer
        byte[] buffer = getBufIfOpen();                            
            if (markpos < 0)
            //mark位置小于0，此时pos为0
            pos = 0;
            //pos大于buffer的长度            
            else if (pos >= buffer.length) 
            if (markpos > 0) {        
                int sz = pos - markpos;                                                           
　　　　　　　　　 System.arraycopy(buffer, markpos, buffer, 0, sz);
                pos = sz;
                markpos = 0;
            } else if (buffer.length >= marklimit) {                 
                //buffer的长度大于marklimit时，mark失效
                markpos = -1; 
                //丢弃buffer中的内容                                                                  
　　　　　　　　　 pos = 0;                                    
            }else{                                                                         
                //buffer的长度小于marklimit时对buffer扩容
                int nsz = pos * 2;
                if (nsz > marklimit) 
                    nsz = marklimit;//扩容为原来的2倍，太大则为marklimit大小
                    byte nbuf[] = new byte[nsz];                   
                    //将buffer中的字节拷贝如扩容后的buf中    
                    System.arraycopy(buffer, 0, nbuf, 0, pos);        
                    if (!bufUpdater.compareAndSet(this, buffer, nbuf)) {    
                    //在buffer在被操作时，不能取代此buffer
                    throw new IOException("Stream closed");
                }
                //将新buf赋值给buffer
                buffer = nbuf;                                                               
            }
            count = pos;
            int n = getInIfOpen().read(buffer, pos, buffer.length - pos);
            if (n > 0)     count = n + pos;
        }
        //读取下一个字节
        public synchronized int read() throws IOException { 
        //到达buffer的末端    
        if (pos >= count) {                                                                 
            //就从流中读取数据，填充buffer 
            fill();                                                                                
　　　　　　　//读过一次，没有数据则返回-1
            if (pos >= count)  return -1;                                
        }
        //返回buffer中下一个位置的字节
        return getBufIfOpen()[pos++] & 0xff;                           
    }
    //将数据从流中读入buffer中
     private int read1(byte[] b, int off, int len) throws IOException {                 
        int avail = count - pos; //buffer中还剩的可读字符                                                                            
        //buffer中没有可以读取的数据时
        if(avail<=0){                                                                                        
            //将输入流中的字节读入b中
            if (len >= getBufIfOpen().length && markpos < 0) {             
                return getInIfOpen().read(b, off, len);
            }
            fill();//填充                                                                                               
            avail = count - pos;
            if (avail <= 0) return -1;
        }
        //从流中读取后，检查可以读取的数目
        int cnt = (avail < len) ? avail : len;                                                  
        //将当前buffer中的字节放入b的末端
        System.arraycopy(getBufIfOpen(), pos, b, off, cnt);            
        pos += cnt;
        return cnt;
    }

    public synchronized int read(byte b[], int off, int len)throws IOException {
        getBufIfOpen();                                                                                     
　　　　　// 检查buffer是否open
        //检查输入参数是否正确
        if ((off | len | (off + len) | (b.length - (off + len))) < 0) {           
            throw new IndexOutOfBoundsException();
        } else if (len == 0) {
            return 0;
        }
        int n = 0;
        for (;;) {
            int nread = read1(b, off + n, len - n);
            if (nread <= 0)     return (n == 0) ? nread : n;
            n += nread;
            if (n >= len)     return n;
            InputStream input = in;
            if (input != null && input.available() <= 0)     return n;
        }
    }

    public synchronized long skip(long n) throws IOException {
        // 检查buffer是否关闭
        getBufIfOpen();                                        
        //检查输入参数是否正确
        if (n <= 0) {    return 0;      }                 
        //buffered中可以读取字节的数目
        long avail = count - pos;                    
        //可以读取的小于0，则从流中读取
        if (avail <= 0) {                                          
            //mark小于0，则mark在流中 
            if (markpos <0)  return getInIfOpen().skip(n);     
            // 从流中读取数据，填充缓冲区。
            fill();                                  
            //可以读的取字节为buffer的容量减当前位置
            avail = count - pos;                                   
            if (avail <= 0)     return 0;
        }       
        long skipped = (avail < n) ? avail : n;      
        pos += skipped;                                       
　　　　　//当前位置改变
        return skipped;
    }
    //该方法不会block！返回流中可以读取的字节的数目。
    //该方法的返回值为缓存中的可读字节数目加流中可读字节数目的和
    public synchronized int available() throws IOException {
        return getInIfOpen().available() + (count - pos);                 
    }

    //当前位置处为mark位置
    public synchronized void mark(int readlimit) {  
        marklimit = readlimit;
        markpos = pos;
    }

    public synchronized void reset() throws IOException {
        // 缓冲去关闭了，肯定就抛出异常！程序设计中经常的手段
        getBufIfOpen();
        if (markpos < 0)     throw new IOException("Resetting to invalid mark");
        pos = markpos;
    }
    //该流和ByteArrayInputStream一样都支持mark
    public boolean markSupported() {           
        return true;
    }
    //关闭当前流同时释放相应的系统资源。
    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()
        }
    }
}

4.PipedOutputStream

PipedOutputStream一般必须和一个PipedInputStream连接。共同构成一个pipe。即必须连接输入部分。

其原理为：PipedInputStream内部有一个Buffer， PipedInputStream可以使用InputStream的方法读取其Buffer中的字节。PipedInputStream中Buffer中的字节是PipedOutputStream调用PipedInputStream的方法放入的。

public class PipedOutputStream extends OutputStream {
    //包含一个PipedInputStream
    private PipedInputStream sink;               
    //带有目的地的构造器
    public PipedOutputStream(PipedInputStream snk)throws IOException {       
        connect(snk);
    }
    //默认构造器，必须使用下面的connect方法连接
    public PipedOutputStream() {  }
                          
    public synchronized void connect(PipedInputStream snk) throws IOException {
        //检查输入参数的正确性
        if(snk==null){                                                                    
            throw new NullPointerException();
        } else if (sink != null || snk.connected) {
            throw new IOException("Already connected");
        }
        //一系列初始化工作
        sink = snk;                                                                           
        snk.in = -1;
        snk.out = 0;
        snk.connected = true;

} 
//向流中写入数据
    public void write(int b) throws IOException {                       
        if (sink == null) {    throw new IOException("Pipe not connected");      }
        //本质上是，调用PipedInputStream的receive方法接受此字节
        sink.receive(b);           
    }
    public void write(byte b[], int off, int len) throws IOException {
        //首先检查输入参数的正确性
        if (sink == null) {                                                                   
            throw new IOException("Pipe not connected");
        } else if (b == null) {
            throw new NullPointerException();
        } else if ((off < 0) || (off > b.length) || (len < 0) || ((off + len) > b.length) || ((off + len) < 0)) {
            throw new IndexOutOfBoundsException();
        } else if (len == 0) {
            return;
        }
        //调用PipedInputStream的receive方法接受
        sink.receive(b, off, len);                                                                 
    }
    //flush输出流
    public synchronized void flush() throws IOException {                 
        if (sink != null) {
            //本质是通知输入流，可以读取
            synchronized (sink) {     sink.notifyAll();     } 
        }
    }
    //关闭流同时释放相关资源
    public void close()  throws IOException {                         
        if (sink != null) {    sink.receivedLast();         }
    }
}

PipedInputStream

public class PipedInputStream extends InputStream {
    //标识有读取方或写入方关闭
    boolean closedByWriter = false;                                                             
    volatile boolean closedByReader = false;    
    //是否建立连接
    boolean connected = false;                                                                     
    //标识哪个线程
    Thread readSide;                                                                                             
    Thread writeSide;
    //缓冲区的默认大小
    protected static final int PIPE_SIZE = 1024;                         
    //缓冲区
    protected byte buffer[] = new byte[PIPE_SIZE];                 
    //下一个写入字节的位置。0代表空，in==out代表满
    protected int in = -1;               
    //下一个读取字节的位置
protected int out = 0;    
          
    //给定源的输入流
    public PipedInputStream(PipedOutputStream src) throws IOException {                
        connect(src);
    }
    //默认构造器，下部一定要connect源
    public PipedInputStream() {    }                                                
    //连接输入源
    public void connect(PipedOutputStream src) throws IOException {               
        //调用源的connect方法连接当前对象
        src.connect(this);                                                                           
    }
    //只被PipedOuputStream调用
    protected synchronized void receive(int b) throws IOException {                  
        //检查状态，写入
        checkStateForReceive();                                                                                 
        //永远是PipedOuputStream
        writeSide = Thread.currentThread();                                                      
        //输入和输出相等，等待空间
        if (in == out)     awaitSpace();                                                           
        if (in < 0) {
            in = 0;
            out = 0;
        }
        //放入buffer相应的位置
        buffer[in++] = (byte)(b & 0xFF);                                                             
        //in为0表示buffer已空
        if (in >= buffer.length) {      in = 0;         }                                             
    }

    synchronized void receive(byte b[], int off, int len)  throws IOException {
        checkStateForReceive();
        //从PipedOutputStream可以看出
        writeSide = Thread.currentThread();                                   
        int bytesToTransfer = len;
        while (bytesToTransfer > 0) {
            //满了，会通知读取的；空会通知写入
            if (in == out)    awaitSpace();                                
            int nextTransferAmount = 0;
            if (out < in) {
                nextTransferAmount = buffer.length - in;
            } else if (in < out) {
                if (in == -1) {
                in = out = 0;
                nextTransferAmount = buffer.length - in;
            } else {
                nextTransferAmount = out - in;
            }
        }
        if (nextTransferAmount > bytesToTransfer)  nextTransferAmount = bytesToTransfer;
        assert(nextTransferAmount > 0);
        System.arraycopy(b, off, buffer, in, nextTransferAmount);
        bytesToTransfer -= nextTransferAmount;
        off += nextTransferAmount;
        in += nextTransferAmount;
        if (in >= buffer.length) {     in = 0;      }
        }
    }
    //检查当前状态，等待输入
    private void checkStateForReceive() throws IOException {                           
        if (!connected) {
            throw new IOException("Pipe not connected");
        } else if (closedByWriter || closedByReader) {
            throw new IOException("Pipe closed");
        } else if (readSide != null && !readSide.isAlive()) {
            throw new IOException("Read end dead");
        }
    }
    
    //Buffer已满，等待一段时间
    private void awaitSpace() throws IOException {                                              
        //in==out表示满了，没有空间
        while (in == out) {                                                                                             
            //检查接受端的状态
            checkStateForReceive();                                                                       
            //通知读取端
            notifyAll();                                                                                  
            try {
                wait(1000);
            } catch (InterruptedException ex) {
                throw new java.io.InterruptedIOException();
            }
        }
    }

    //通知所有等待的线程（）已经接受到最后的字节
    synchronized void receivedLast() {                  
        closedByWriter = true;                             //
        notifyAll();
    }

    public synchronized int read()  throws IOException {
        //检查一些内部状态
        if (!connected) {                                                                              
            throw new IOException("Pipe not connected");
        } else if (closedByReader) {
            throw new IOException("Pipe closed");
        } else if (writeSide != null && !writeSide.isAlive()&& !closedByWriter && (in < 0)) {
            throw new IOException("Write end dead");
        }
        //当前线程读取
        readSide = Thread.currentThread();                                            
        //重复两次？？？
          int trials = 2;                                                                               
        while (in < 0) {
        //输入断关闭返回-1
        if (closedByWriter) {              return -1;        }                 
            //状态错误
            if ((writeSide != null) && (!writeSide.isAlive()) && (--trials < 0)) {         
                throw new IOException("Pipe broken");
            }
            notifyAll();        // 空了，通知写入端可以写入                                                                         try {
                wait(1000);
            } catch (InterruptedException ex) {
                throw new java.io.InterruptedIOException();
            }
        }
        int ret = buffer[out++] & 0xFF;                                                                         if (out >= buffer.length) {             out = 0;                }
        //没有任何字节
        if (in == out) {           in = -1;                 }                             
        return ret;
    }

    public synchronized int read(byte b[], int off, int len)  throws IOException {
        //检查输入参数的正确性
         if (b == null) {                                                                                 
            throw new NullPointerException();
        } else if (off < 0 || len < 0 || len > b.length - off) {
            throw new IndexOutOfBoundsException();
        } else if (len == 0) {
            return 0;
        }
        //读取下一个
         int c = read();                                                                                 
        //已经到达末尾了，返回-1
        if (c < 0) {    return -1;       }                                            
        //放入外部buffer中
        b[off] = (byte) c;                                                                    
        //return-len
        int rlen = 1;                                                                            
        //下一个in存在，且没有到达len
        while ((in >= 0) && (--len > 0)) {                                          
            //依次放入外部buffer
            b[off + rlen] = buffer[out++];                                         
            rlen++;
            //读到buffer的末尾，返回头部
            if (out >= buffer.length) {         out = 0;           }        
            //读、写位置一致时，表示没有数据
            if (in == out) {     in = -1;      }               
        }
        //返回填充的长度
        return rlen;                                                                            
    }
    //返回还有多少字节可以读取
    public synchronized int available() throws IOException {             
        //到达末端，没有字节
        if(in < 0)
            return 0;                                                                                         
        else if(in == out)
            //写入的和读出的一致，表示满
            return buffer.length;                                                               
        else if (in > out)
            //写入的大于读出
            return in - out;                                                                                 
        else
            //写入的小于读出的
            return in + buffer.length - out;                                                
    }
    //关闭当前流，同时释放与其相关的资源
    public void close()  throws IOException {                
        //表示由输入流关闭
        closedByReader = true;                                             
        //同步化当前对象，in为-1
        synchronized (this) {     in = -1;    }        
    }
        
}