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今天就跟大家聊聊有關PipedInputStream與PipedOutputStream有哪些不同的地方，可能很多人都不太了解，為了讓大家更加了解，小編給大家總結了以下內容，希望大家根據這篇文章可以有所收獲。
java 管道介紹
在java中，PipedOutputStream和PipedInputStream分別是管道輸出流和管道輸入流。
它們的作用是讓多線程可以通過管道進行線程間的通訊。在使用管道通信時，必須將PipedOutputStream和PipedInputStream配套使用。
使用管道通信時，大致的流程是：我們在線程A中向PipedOutputStream中寫入數據，這些數據會自動的發送到與PipedOutputStream對應的PipedInputStream中，進而存儲在PipedInputStream的緩沖中；此時，線程B通過讀取PipedInputStream中的數據。就可以實現，線程A和線程B的通信。
PipedOutputStream和PipedInputStream源碼分析
下面介紹PipedOutputStream和PipedInputStream的源碼。在閱讀它們的源碼之前，建議先看看源碼后面的示例。待理解管道的作用和用法之后，再看源碼，可能更容易理解。
1. PipedOutputStream 源碼分析(基于jdk1.7.40)
package java.io;
import java.io.*;
public class PipedOutputStream extends OutputStream {
// 與PipedOutputStream通信的PipedInputStream對象
private PipedInputStream sink;
// 構造函數，指定配對的PipedInputStream
public PipedOutputStream(PipedInputStream snk) throws IOException {
connect(snk);
}
// 構造函數
public PipedOutputStream() {
}
// 將“管道輸出流” 和 “管道輸入流”連接。
public synchronized void connect(PipedInputStream snk) throws IOException {
if (snk == null) {
throw new NullPointerException();
} else if (sink != null || snk.connected) {
throw new IOException("Already connected");
}
// 設置“管道輸入流”
sink = snk;
// 初始化“管道輸入流”的讀寫位置
// int是PipedInputStream中定義的，代表“管道輸入流”的讀寫位置
snk.in = -1;
// 初始化“管道輸出流”的讀寫位置。
// out是PipedInputStream中定義的，代表“管道輸出流”的讀寫位置
snk.out = 0;
// 設置“管道輸入流”和“管道輸出流”為已連接狀態
// connected是PipedInputStream中定義的，用于表示“管道輸入流與管道輸出流”是否已經連接
snk.connected = true;
}
// 將int類型b寫入“管道輸出流”中。
// 將b寫入“管道輸出流”之后，它會將b傳輸給“管道輸入流”
public void write(int b) throws IOException {
if (sink == null) {
throw new IOException("Pipe not connected");
}
sink.receive(b);
}
// 將字節數組b寫入“管道輸出流”中。
// 將數組b寫入“管道輸出流”之后，它會將其傳輸給“管道輸入流”
public void write(byte b[], int off, int len) throws IOException {
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;
}
// “管道輸入流”接收數據
sink.receive(b, off, len);
}
// 清空“管道輸出流”。
// 這里會調用“管道輸入流”的notifyAll()；
// 目的是讓“管道輸入流”放棄對當前資源的占有，讓其它的等待線程(等待讀取管道輸出流的線程)讀取“管道輸出流”的值。
public synchronized void flush() throws IOException {
if (sink != null) {
synchronized (sink) {
sink.notifyAll();
}
}
}
// 關閉“管道輸出流”。
// 關閉之后，會調用receivedLast()通知“管道輸入流”它已經關閉。
public void close() throws IOException {
if (sink != null) {
sink.receivedLast();
}
}
}2. PipedInputStream 源碼分析(基于jdk1.7.40)
package java.io;
public class PipedInputStream extends InputStream {
// “管道輸出流”是否關閉的標記
boolean closedByWriter = false;
// “管道輸入流”是否關閉的標記
volatile boolean closedByReader = false;
// “管道輸入流”與“管道輸出流”是否連接的標記
// 它在PipedOutputStream的connect()連接函數中被設置為true
boolean connected = false;
Thread readSide; // 讀取“管道”數據的線程
Thread writeSide; // 向“管道”寫入數據的線程
// “管道”的默認大小
private static final int DEFAULT_PIPE_SIZE = 1024;
protected static final int PIPE_SIZE = DEFAULT_PIPE_SIZE;
// 緩沖區
protected byte buffer[];
//下一個寫入字節的位置。in==out代表滿，說明“寫入的數據”全部被讀取了。
protected int in = -1;
//下一個讀取字節的位置。in==out代表滿，說明“寫入的數據”全部被讀取了。
protected int out = 0;
// 構造函數：指定與“管道輸入流”關聯的“管道輸出流”
public PipedInputStream(PipedOutputStream src) throws IOException {
this(src, DEFAULT_PIPE_SIZE);
}
// 構造函數：指定與“管道輸入流”關聯的“管道輸出流”，以及“緩沖區大小”
public PipedInputStream(PipedOutputStream src, int pipeSize)
throws IOException {
initPipe(pipeSize);
connect(src);
}
// 構造函數：默認緩沖區大小是1024字節
public PipedInputStream() {
initPipe(DEFAULT_PIPE_SIZE);
}
// 構造函數：指定緩沖區大小是pipeSize
public PipedInputStream(int pipeSize) {
initPipe(pipeSize);
}
// 初始化“管道”：新建緩沖區大小
private void initPipe(int pipeSize) {
if (pipeSize <= 0) {
throw new IllegalArgumentException("Pipe Size <= 0");
}
buffer = new byte[pipeSize];
}
// 將“管道輸入流”和“管道輸出流”綁定。
// 實際上，這里調用的是PipedOutputStream的connect()函數
public void connect(PipedOutputStream src) throws IOException {
src.connect(this);
}
// 接收int類型的數據b。
// 它只會在PipedOutputStream的write(int b)中會被調用
protected synchronized void receive(int b) throws IOException {
// 檢查管道狀態
checkStateForReceive();
// 獲取“寫入管道”的線程
writeSide = Thread.currentThread();
// 若“寫入管道”的數據正好全部被讀取完，則等待。
if (in == out)
awaitSpace();
if (in < 0) {
in = 0;
out = 0;
}
// 將b保存到緩沖區
buffer[in++] = (byte)(b & 0xFF);
if (in >= buffer.length) {
in = 0;
}
}
// 接收字節數組b。
synchronized void receive(byte b[], int off, int len) throws IOException {
// 檢查管道狀態
checkStateForReceive();
// 獲取“寫入管道”的線程
writeSide = Thread.currentThread();
int bytesToTransfer = len;
while (bytesToTransfer > 0) {
// 若“寫入管道”的數據正好全部被讀取完，則等待。
if (in == out)
awaitSpace();
int nextTransferAmount = 0;
// 如果“管道中被讀取的數據，少于寫入管道的數據”；
// 則設置nextTransferAmount=“buffer.length - in”
if (out < in) {
nextTransferAmount = buffer.length - in;
} else if (in < out) { // 如果“管道中被讀取的數據，大于/等于寫入管道的數據”，則執行后面的操作
// 若in==-1(即管道的寫入數據等于被讀取數據)，此時nextTransferAmount = buffer.length - in;
// 否則，nextTransferAmount = out - in;
if (in == -1) {
in = out = 0;
nextTransferAmount = buffer.length - in;
} else {
nextTransferAmount = out - in;
}
}
if (nextTransferAmount > bytesToTransfer)
nextTransferAmount = bytesToTransfer;
// assert斷言的作用是，若nextTransferAmount <= 0，則終止程序。
assert(nextTransferAmount > 0);
// 將數據寫入到緩沖中
System.arraycopy(b, off, buffer, in, nextTransferAmount);
bytesToTransfer -= nextTransferAmount;
off += nextTransferAmount;
in += nextTransferAmount;
if (in >= buffer.length) {
in = 0;
}
}
}
// 檢查管道狀態
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");
}
}
// 等待。
// 若“寫入管道”的數據正好全部被讀取完(例如，管道緩沖滿)，則執行awaitSpace()操作；
// 它的目的是讓“讀取管道的線程”管道產生讀取數據請求，從而才能繼續的向“管道”中寫入數據。
private void awaitSpace() throws IOException {
// 如果“管道中被讀取的數據，等于寫入管道的數據”時，
// 則每隔1000ms檢查“管道狀態”，并喚醒管道操作：若有“讀取管道數據線程被阻塞”，則喚醒該線程。
while (in == out) {
checkStateForReceive();
/* full: kick any waiting readers */
notifyAll();
try {
wait(1000);
} catch (InterruptedException ex) {
throw new java.io.InterruptedIOException();
}
}
}
// 當PipedOutputStream被關閉時，被調用
synchronized void receivedLast() {
closedByWriter = true;
notifyAll();
}
// 從管道(的緩沖)中讀取一個字節，并將其轉換成int類型
public synchronized int read() throws IOException {
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");
}
readSide = Thread.currentThread();
int trials = 2;
while (in < 0) {
if (closedByWriter) {
/* closed by writer, return EOF */
return -1;
}
if ((writeSide != null) && (!writeSide.isAlive()) && (--trials < 0)) {
throw new IOException("Pipe broken");
}
/* might be a writer waiting */
notifyAll();
try {
wait(1000);
} catch (InterruptedException ex) {
throw new java.io.InterruptedIOException();
}
}
int ret = buffer[out++] & 0xFF;
if (out >= buffer.length) {
out = 0;
}
if (in == out) {
/* now empty */
in = -1;
}
return ret;
}
// 從管道(的緩沖)中讀取數據，并將其存入到數組b中
public synchronized int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {
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;
}
/* possibly wait on the first character */
int c = read();
if (c < 0) {
return -1;
}
b[off] = (byte) c;
int rlen = 1;
while ((in >= 0) && (len > 1)) {
int available;
if (in > out) {
available = Math.min((buffer.length - out), (in - out));
} else {
available = buffer.length - out;
}
// A byte is read beforehand outside the loop
if (available > (len - 1)) {
available = len - 1;
}
System.arraycopy(buffer, out, b, off + rlen, available);
out += available;
rlen += available;
len -= available;
if (out >= buffer.length) {
out = 0;
}
if (in == out) {
/* now empty */
in = -1;
}
}
return rlen;
}
// 返回不受阻塞地從此輸入流中讀取的字節數。
public synchronized int available() throws IOException {
if(in < 0)
return 0;
else if(in == out)
return buffer.length;
else if (in > out)
return in - out;
else
return in + buffer.length - out;
}
// 關閉管道輸入流
public void close() throws IOException {
closedByReader = true;
synchronized (this) {
in = -1;
}
}
}管道通信示例
下面，我們看看多線程中通過管道通信的例子。例子中包括3個類：Receiver.java, PipedStreamTest.java 和 Sender.java。
Receiver.java的代碼如下：
import java.io.IOException;
import java.io.PipedInputStream;
@SuppressWarnings("all")
/**
* 接收者線程
*/
public class Receiver extends Thread {
// 管道輸入流對象。
// 它和“管道輸出流(PipedOutputStream)”對象綁定，
// 從而可以接收“管道輸出流”的數據，再讓用戶讀取。
private PipedInputStream in = new PipedInputStream();
// 獲得“管道輸入流”對象
public PipedInputStream getInputStream(){
return in;
}
@Override
public void run(){
readMessageOnce() ;
//readMessageContinued() ;
}
// 從“管道輸入流”中讀取1次數據
public void readMessageOnce(){
// 雖然buf的大小是2048個字節，但最多只會從“管道輸入流”中讀取1024個字節。
// 因為，“管道輸入流”的緩沖區大小默認只有1024個字節。
byte[] buf = new byte[2048];
try {
int len = in.read(buf);
System.out.println(new String(buf,0,len));
in.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 從“管道輸入流”讀取>1024個字節時，就停止讀取
public void readMessageContinued() {
int total=0;
while(true) {
byte[] buf = new byte[1024];
try {
int len = in.read(buf);
total += len;
System.out.println(new String(buf,0,len));
// 若讀取的字節總數>1024，則退出循環。
if (total > 1024)
break;
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
try {
in.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}Sender.java的代碼如下：
import java.io.IOException;
import java.io.PipedOutputStream;
@SuppressWarnings("all")
/**
* 發送者線程
*/
public class Sender extends Thread {
// 管道輸出流對象。
// 它和“管道輸入流(PipedInputStream)”對象綁定，
// 從而可以將數據發送給“管道輸入流”的數據，然后用戶可以從“管道輸入流”讀取數據。
private PipedOutputStream out = new PipedOutputStream();
// 獲得“管道輸出流”對象
public PipedOutputStream getOutputStream(){
return out;
}
@Override
public void run(){
writeShortMessage();
//writeLongMessage();
}
// 向“管道輸出流”中寫入一則較簡短的消息："this is a short message"
private void writeShortMessage() {
String strInfo = "this is a short message" ;
try {
out.write(strInfo.getBytes());
out.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 向“管道輸出流”中寫入一則較長的消息
private void writeLongMessage() {
StringBuilder sb = new StringBuilder();
// 通過for循環寫入1020個字節
for (int i=0; i<102; i++)
sb.append("0123456789");
// 再寫入26個字節。
sb.append("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz");
// str的總長度是1020+26=1046個字節
String str = sb.toString();
try {
// 將1046個字節寫入到“管道輸出流”中
out.write(str.getBytes());
out.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}PipedStreamTest.java的代碼如下：
import java.io.PipedInputStream;
import java.io.PipedOutputStream;
import java.io.IOException;
@SuppressWarnings("all")
/**
* 管道輸入流和管道輸出流的交互程序
*/
public class PipedStreamTest {
public static void main(String[] args) {
Sender t1 = new Sender();
Receiver t2 = new Receiver();
PipedOutputStream out = t1.getOutputStream();
PipedInputStream in = t2.getInputStream();
try {
//管道連接。下面2句話的本質是一樣。
//out.connect(in);
in.connect(out);
/**
* Thread類的START方法：
* 使該線程開始執行；Java 虛擬機調用該線程的 run 方法。
* 結果是兩個線程并發地運行；當前線程（從調用返回給 start 方法）和另一個線程（執行其 run 方法）。
* 多次啟動一個線程是非法的。特別是當線程已經結束執行后，不能再重新啟動。
*/
t1.start();
t2.start();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}運行結果：
this is a short message
說明：
(01)
in.connect(out);
將“管道輸入流”和“管道輸出流”關聯起來。查看PipedOutputStream.java和PipedInputStream.java中connect()的源碼；我們知道 out.connect(in); 等價于 in.connect(out);
(02)
t1.start(); // 啟動“Sender”線程
t2.start(); // 啟動“Receiver”線程
先查看Sender.java的源碼，線程啟動后執行run()函數；在Sender.java的run()中，調用writeShortMessage();
writeShortMessage();的作用就是向“管道輸出流”中寫入數據"this is a short message" ；這條數據會被“管道輸入流”接收到。下面看看這是如何實現的。
先看write(byte b[])的源碼，在OutputStream.java中定義。PipedOutputStream.java繼承于OutputStream.java；OutputStream.java中write(byte b[])的源碼如下：
public void write(byte b[]) throws IOException {
write(b, 0, b.length);
}實際上write(byte b[])是調用的PipedOutputStream.java中的write(byte b[], int off, int len)函數。查看write(byte b[], int off, int len)的源碼，我們發現：它會調用 sink.receive(b, off, len); 進一步查看receive(byte b[], int off, int len)的定義，我們知道sink.receive(b, off, len)的作用就是：將“管道輸出流”中的數據保存到“管道輸入流”的緩沖中。而“管道輸入流”的緩沖區buffer的默認大小是1024個字節。
至此，我們知道：t1.start()啟動Sender線程，而Sender線程會將數據"this is a short message"寫入到“管道輸出流”；而“管道輸出流”又會將該數據傳輸給“管道輸入流”，即而保存在“管道輸入流”的緩沖中。
接下來，我們看看“用戶如何從‘管道輸入流'的緩沖中讀取數據”。這實際上就是Receiver線程的動作。
t2.start() 會啟動Receiver線程，從而執行Receiver.java的run()函數。查看Receiver.java的源碼，我們知道run()調用了readMessageOnce()。
而readMessageOnce()就是調用in.read(buf)從“管道輸入流in”中讀取數據，并保存到buf中。
通過上面的分析，我們已經知道“管道輸入流in”的緩沖中的數據是"this is a short message"；因此，buf的數據就是"this is a short message"。
為了加深對管道的理解。我們接著進行下面兩個小試驗。
試驗一：修改Sender.java
將
public void run(){
writeShortMessage();
//writeLongMessage();
}
修改為
public void run(){
//writeShortMessage();
writeLongMessage();
}運行程序。運行結果為：
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
012345678901234567890123456789abcd
這些數據是通過writeLongMessage()寫入到“管道輸出流”，然后傳送給“管道輸入流”，進而存儲在“管道輸入流”的緩沖中；再被用戶從緩沖讀取出來的數據。
然后，觀察writeLongMessage()的源碼。我們可以發現，str的長度是1046個字節，然后運行結果只有1024個字節！為什么會這樣呢？
道理很簡單：管道輸入流的緩沖區默認大小是1024個字節。所以，最多只能寫入1024個字節。
觀察PipedInputStream.java的源碼，我們能了解的更透徹。
private static final int DEFAULT_PIPE_SIZE = 1024;
public PipedInputStream() {
initPipe(DEFAULT_PIPE_SIZE);
}默認構造函數調用initPipe(DEFAULT_PIPE_SIZE)，它的源碼如下：
private void initPipe(int pipeSize) {
if (pipeSize <= 0) {
throw new IllegalArgumentException("Pipe Size <= 0");
}
buffer = new byte[pipeSize];
}從中，我們可以知道緩沖區buffer的默認大小就是1024個字節。
試驗二： 在“試驗一”的基礎上繼續修改Receiver.java
將
public void run(){
readMessageOnce() ;
//readMessageContinued() ;
}修改為
public void run(){
//readMessageOnce() ;
readMessageContinued() ;
}運行程序。運行結果為：
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
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