PipedOutputStream和PipedInputStream
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(jìn)行線程間的通訊。在使用管道通信時(shí)，必須將PipedOutputStream和PipedInputStream配套使用。
使用管道通信時(shí)，大致的流程是：我們在線程A中向PipedOutputStream中寫入數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會自動的發(fā)送到與PipedOutputStream對應(yīng)的PipedInputStream中，進(jìn)而存儲在PipedInputStream的緩沖中；此時(shí)，線程B通過讀取PipedInputStream中的數(shù)據(jù)。就可以實(shí)現(xiàn)，線程A和線程B的通信。
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(gè)類：Receiver.java, PipedStreamTest.java 和 Sender.java。
Receiver.java的代碼如下：
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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(shù)據(jù)，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(shù)據(jù) public void readMessageOnce(){ // 雖然buf的大小是2048個(gè)字節(jié)，但最多只會從“管道輸入流”中讀取1024個(gè)字節(jié)。 // 因?yàn)椋?ldquo;管道輸入流”的緩沖區(qū)大小默認(rèn)只有1024個(gè)字節(jié)。 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(gè)字節(jié)時(shí)，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(jié)總數(shù)>1024，則退出循環(huán)。 if (total > 1024) break; } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } try { in.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }} |
Sender.java的代碼如下：
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import java.io.IOException; import java.io.PipedOutputStream; @SuppressWarnings("all")/** * 發(fā)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(shù)據(jù)發(fā)送給“管道輸入流”的數(shù)據(jù)，然后用戶可以從“管道輸入流”讀取數(shù)據(jù)。 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(huán)寫入1020個(gè)字節(jié) for (int i=0; i<102; i++) sb.append("0123456789"); // 再寫入26個(gè)字節(jié)。 sb.append("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"); // str的總長度是1020+26=1046個(gè)字節(jié) String str = sb.toString(); try { // 將1046個(gè)字節(jié)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：
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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(zhì)是一樣。 //out.connect(in); in.connect(out); /** * Thread類的START方法： * 使該線程開始執(zhí)行；Java 虛擬機(jī)調(diào)用該線程的 run 方法。 * 結(jié)果是兩個(gè)線程并發(fā)地運(yùn)行；當(dāng)前線程（從調(diào)用返回給 start 方法）和另一個(gè)線程（執(zhí)行其 run 方法）。 * 多次啟動一個(gè)線程是非法的。特別是當(dāng)線程已經(jīng)結(jié)束執(zhí)行后，不能再重新啟動。 */ t1.start(); t2.start(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }} |
運(yùn)行結(jié)果：
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this is a short message |
說明：
(1) in.connect(out);將“管道輸入流”和“管道輸出流”關(guān)聯(lián)起來。查看PipedOutputStream.java和PipedInputStream.java中connect()的源碼；我們知道 out.connect(in); 等價(jià)于 in.connect(out);
(2)
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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(zhí)行run()函數(shù)；在Sender.java的run()中，調(diào)用writeShortMessage();
writeShortMessage();的作用就是向“管道輸出流”中寫入數(shù)據(jù)"this is a short message" ；這條數(shù)據(jù)會被“管道輸入流”接收到。下面看看這是如何實(shí)現(xiàn)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：
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public void write(byte b[]) throws IOException { write(b, 0, b.length);} |
實(shí)際上write(byte b[])是調(diào)用的PipedOutputStream.java中的write(byte b[], int off, int len)函數(shù)。查看write(byte b[], int off, int len)的源碼，我們發(fā)現(xiàn)：它會調(diào)用 sink.receive(b, off, len); 進(jìn)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(shù)據(jù)保存到“管道輸入流”的緩沖中。而“管道輸入流”的緩沖區(qū)buffer的默認(rèn)大小是1024個(gè)字節(jié)。
至此，我們知道：t1.start()啟動Sender線程，而Sender線程會將數(shù)據(jù)"this is a short message"寫入到“管道輸出流”；而“管道輸出流”又會將該數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)”。這實(shí)際上就是Receiver線程的動作。
t2.start() 會啟動Receiver線程，從而執(zhí)行Receiver.java的run()函數(shù)。查看Receiver.java的源碼，我們知道run()調(diào)用了readMessageOnce()。
而readMessageOnce()就是調(diào)用in.read(buf)從“管道輸入流in”中讀取數(shù)據(jù)，并保存到buf中。
通過上面的分析，我們已經(jīng)知道“管道輸入流in”的緩沖中的數(shù)據(jù)是"this is a short message"；因此，buf的數(shù)據(jù)就是"this is a short message"。
為了加深對管道的理解。我們接著進(jìn)行下面兩個(gè)小試驗(yàn)。
試驗(yàn)一：修改Sender.java
將
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public void run(){ writeShortMessage(); //writeLongMessage();} |
修改為
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public void run(){ //writeShortMessage(); writeLongMessage();} |
運(yùn)行程序。運(yùn)行結(jié)果為：
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這些數(shù)據(jù)是通過writeLongMessage()寫入到“管道輸出流”，然后傳送給“管道輸入流”，進(jìn)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(shù)據(jù)。
然后，觀察writeLongMessage()的源碼。我們可以發(fā)現(xiàn)，str的長度是1046個(gè)字節(jié)，然后運(yùn)行結(jié)果只有1024個(gè)字節(jié)！為什么會這樣呢？
道理很簡單：管道輸入流的緩沖區(qū)默認(rèn)大小是1024個(gè)字節(jié)。所以，最多只能寫入1024個(gè)字節(jié)。
觀察PipedInputStream.java的源碼，我們能了解的更透徹。
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private static final int DEFAULT_PIPE_SIZE = 1024;public PipedInputStream() { initPipe(DEFAULT_PIPE_SIZE);} |
默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)調(diào)用initPipe(DEFAULT_PIPE_SIZE)，它的源碼如下：
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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(qū)buffer的默認(rèn)大小就是1024個(gè)字節(jié)。
試驗(yàn)二： 在“試驗(yàn)一”的基礎(chǔ)上繼續(xù)修改Receiver.java
將
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public void run(){ readMessageOnce() ; //readMessageContinued() ;} |
修改為
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public void run(){ //readMessageOnce() ; readMessageContinued() ;} |
運(yùn)行程序。運(yùn)行結(jié)果為：
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這個(gè)結(jié)果才是writeLongMessage()寫入到“輸入緩沖區(qū)”的完整數(shù)據(jù)。
PipedWriter和PipedReader
PipedWriter 是字符管道輸出流，它繼承于Writer。
PipedReader 是字符管道輸入流，它繼承于Writer。
PipedWriter和PipedReader的作用是可以通過管道進(jìn)行線程間的通訊。在使用管道通信時(shí)，必須將PipedWriter和PipedReader配套使用。
下面，我們看看多線程中通過PipedWriter和PipedReader通信的例子。例子中包括3個(gè)類：Receiver.java, Sender.java 和 PipeTest.java
Receiver.java的代碼如下：
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import java.io.IOException; import java.io.PipedReader; @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(PipedWriter)”對象綁定， // 從而可以接收“管道輸出流”的數(shù)據(jù)，再讓用戶讀取。 private PipedReader in = new PipedReader(); // 獲得“管道輸入流對象” public PipedReader getReader(){ return in; } @Override public void run(){ readMessageOnce() ; //readMessageContinued() ; } // 從“管道輸入流”中讀取1次數(shù)據(jù) public void readMessageOnce(){ // 雖然buf的大小是2048個(gè)字符，但最多只會從“管道輸入流”中讀取1024個(gè)字符。 // 因?yàn)椋?ldquo;管道輸入流”的緩沖區(qū)大小默認(rèn)只有1024個(gè)字符。 char[] buf = new char[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(gè)字符時(shí)，就停止讀取 public void readMessageContinued(){ int total=0; while(true) { char[] buf = new char[1024]; try { int len = in.read(buf); total += len; System.out.println(new String(buf,0,len)); // 若讀取的字符總數(shù)>1024，則退出循環(huán)。 if (total > 1024) break; } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } try { in.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } |
Sender.java的代碼如下：
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import java.io.IOException; import java.io.PipedWriter; @SuppressWarnings("all")/** * 發(fā)送者線程 */public class Sender extends Thread { // 管道輸出流對象。 // 它和“管道輸入流(PipedReader)”對象綁定， // 從而可以將數(shù)據(jù)發(fā)送給“管道輸入流”的數(shù)據(jù)，然后用戶可以從“管道輸入流”讀取數(shù)據(jù)。 private PipedWriter out = new PipedWriter(); // 獲得“管道輸出流”對象 public PipedWriter getWriter(){ 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.toCharArray()); 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(huán)寫入1020個(gè)字符 for (int i=0; i<102; i++) sb.append("0123456789"); // 再寫入26個(gè)字符。 sb.append("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"); // str的總長度是1020+26=1046個(gè)字符 String str = sb.toString(); try { // 將1046個(gè)字符寫入到“管道輸出流”中 out.write(str); out.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }} |
PipeTest.java的代碼如下：
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import java.io.PipedReader;import java.io.PipedWriter;import java.io.IOException;@SuppressWarnings("all") /** * 管道輸入流和管道輸出流的交互程序 */public class PipeTest { public static void main(String[] args) { Sender t1 = new Sender(); Receiver t2 = new Receiver(); PipedWriter out = t1.getWriter(); PipedReader in = t2.getReader(); try { //管道連接。下面2句話的本質(zhì)是一樣。 //out.connect(in); in.connect(out); /** * Thread類的START方法： * 使該線程開始執(zhí)行；Java 虛擬機(jī)調(diào)用該線程的 run 方法。 * 結(jié)果是兩個(gè)線程并發(fā)地運(yùn)行；當(dāng)前線程（從調(diào)用返回給 start 方法）和另一個(gè)線程（執(zhí)行其 run 方法）。 * 多次啟動一個(gè)線程是非法的。特別是當(dāng)線程已經(jīng)結(jié)束執(zhí)行后，不能再重新啟動。 */ t1.start(); t2.start(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }} |
運(yùn)行結(jié)果：
this is a short message
結(jié)果說明：
(1)
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in.connect(out); |
它的作用是將“管道輸入流”和“管道輸出流”關(guān)聯(lián)起來。查看PipedWriter.java和PipedReader.java中connect()的源碼；我們知道 out.connect(in); 等價(jià)于 in.connect(out);
(2)
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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(zhí)行run()函數(shù)；在Sender.java的run()中，調(diào)用writeShortMessage();
writeShortMessage();的作用就是向“管道輸出流”中寫入數(shù)據(jù)"this is a short message" ；這條數(shù)據(jù)會被“管道輸入流”接收到。下面看看這是如何實(shí)現(xiàn)的。
先看write(char char的源碼。PipedWriter.java繼承于Writer.java；Writer.java中write(char c[])的源碼如下：
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public void write(char cbuf[]) throws IOException { write(cbuf, 0, cbuf.length);} |
實(shí)際上write(char c[])是調(diào)用的PipedWriter.java中的write(char c[], int off, int len)函數(shù)。查看write(char c[], int off, int len)的源碼，我們發(fā)現(xiàn)：它會調(diào)用 sink.receive(cbuf, off, len); 進(jìn)一步查看receive(char c[], int off, int len)的定義，我們知道sink.receive(cbuf, off, len)的作用就是：將“管道輸出流”中的數(shù)據(jù)保存到“管道輸入流”的緩沖中。而“管道輸入流”的緩沖區(qū)buffer的默認(rèn)大小是1024個(gè)字符。
至此，我們知道：t1.start()啟動Sender線程，而Sender線程會將數(shù)據(jù)"this is a short message"寫入到“管道輸出流”；而“管道輸出流”又會將該數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)”。這實(shí)際上就是Receiver線程的動作。
t2.start() 會啟動Receiver線程，從而執(zhí)行Receiver.java的run()函數(shù)。查看Receiver.java的源碼，我們知道run()調(diào)用了readMessageOnce()。
而readMessageOnce()就是調(diào)用in.read(buf)從“管道輸入流in”中讀取數(shù)據(jù)，并保存到buf中。
通過上面的分析，我們已經(jīng)知道“管道輸入流in”的緩沖中的數(shù)據(jù)是"this is a short message"；因此，buf的數(shù)據(jù)就是"this is a short message"。
為了加深對管道的理解。我們接著進(jìn)行下面兩個(gè)小試驗(yàn)。
試驗(yàn)一：修改Sender.java
將
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public void run(){ writeShortMessage(); //writeLongMessage();} |
修改為
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public void run(){ //writeShortMessage(); writeLongMessage();} |
運(yùn)行程序。運(yùn)行結(jié)果如下：
從中，我們看出，程序運(yùn)行出錯(cuò)！拋出異常 java.io.IOException: Pipe closed
為什么會這樣呢？
我分析一下程序流程。
(1) 在PipeTest中，通過in.connect(out)將輸入和輸出管道連接起來；然后，啟動兩個(gè)線程。t1.start()啟動了線程Sender，t2.start()啟動了線程Receiver。
(2) Sender線程啟動后，通過writeLongMessage()寫入數(shù)據(jù)到“輸出管道”，out.write(str.toCharArray())共寫入了1046個(gè)字符。而根據(jù)PipedWriter的源碼，PipedWriter的write()函數(shù)會調(diào)用PipedReader的receive()函數(shù)。而觀察PipedReader的receive()函數(shù)，我們知道，PipedReader會將接受的數(shù)據(jù)存儲緩沖區(qū)。仔細(xì)觀察receive()函數(shù)，有如下代碼：
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while (in == out) { if ((readSide != null) && !readSide.isAlive()) { throw new IOException("Pipe broken"); } /* full: kick any waiting readers */ notifyAll(); try { wait(1000); } catch (InterruptedException ex) { throw new java.io.InterruptedIOException(); }} |
而in和out的初始值分別是in=-1, out=0；結(jié)合上面的while(in==out)。我們知道，它的含義就是，每往管道中寫入一個(gè)字符，就達(dá)到了in==out這個(gè)條件。然后，就調(diào)用notifyAll()，喚醒“讀取管道的線程”。
也就是，每往管道中寫入一個(gè)字符，都會阻塞式的等待其它線程讀取。
然而，PipedReader的緩沖區(qū)的默認(rèn)大小是1024！但是，此時(shí)要寫入的數(shù)據(jù)卻有1046！所以，一次性最多只能寫入1024個(gè)字符。
(03) Receiver線程啟動后，會調(diào)用readMessageOnce()讀取管道輸入流。讀取1024個(gè)字符會，會調(diào)用close()關(guān)閉，管道。
由(02)和(03)的分析可知，Sender要往管道寫入1046個(gè)字符。其中，前1024個(gè)字符(緩沖區(qū)容量是1024)能正常寫入，并且每寫入一個(gè)就讀取一個(gè)。當(dāng)寫入1025個(gè)字符時(shí)，依然是依次的調(diào)用PipedWriter.java中的write()；然后，write()中調(diào)用PipedReader.java中的receive()；在PipedReader.java中，最終又會調(diào)用到receive(int c)函數(shù)。 而此時(shí)，管道輸入流已經(jīng)被關(guān)閉，也就是closedByReader為true，所以拋出throw new IOException("Pipe closed")。
我們對“試驗(yàn)一”繼續(xù)進(jìn)行修改，解決該問題。
試驗(yàn)二： 在“試驗(yàn)一”的基礎(chǔ)上繼續(xù)修改Receiver.java 將
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public void run(){ readMessageOnce() ; //readMessageContinued() ;} |
修改為
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public void run(){ //readMessageOnce() ; readMessageContinued() ;} |
此時(shí)，程序能正常運(yùn)行。運(yùn)行結(jié)果為：
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012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789abcdefghijklmnopqrstuvwxyz |
