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PipedWriter和PipedReader源码分析_动力节点Java学院整理

2024-07-13 10:07:55
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供稿:网友

PipedWriter和PipedReader源码分析

1. PipedWriter 源码(基于jdk1.7.40) 

package java.io; public class PipedWriter extends Writer {   // 与PipedWriter通信的PipedReader对象   private PipedReader sink;   // PipedWriter的关闭标记   private boolean closed = false;   // 构造函数,指定配对的PipedReader   public PipedWriter(PipedReader snk) throws IOException {     connect(snk);   }   // 构造函数   public PipedWriter() {   }   // 将“PipedWriter” 和 “PipedReader”连接。   public synchronized void connect(PipedReader snk) throws IOException {     if (snk == null) {       throw new NullPointerException();     } else if (sink != null || snk.connected) {       throw new IOException("Already connected");     } else if (snk.closedByReader || closed) {       throw new IOException("Pipe closed");     }     sink = snk;     snk.in = -1;     snk.out = 0;     // 设置“PipedReader”和“PipedWriter”为已连接状态     // connected是PipedReader中定义的,用于表示“PipedReader和PipedWriter”是否已经连接     snk.connected = true;   }   // 将一个字符c写入“PipedWriter”中。   // 将c写入“PipedWriter”之后,它会将c传输给“PipedReader”   public void write(int c) throws IOException {     if (sink == null) {       throw new IOException("Pipe not connected");     }     sink.receive(c);   }   // 将字符数组b写入“PipedWriter”中。   // 将数组b写入“PipedWriter”之后,它会将其传输给“PipedReader”   public void write(char cbuf[], int off, int len) throws IOException {     if (sink == null) {       throw new IOException("Pipe not connected");     } else if ((off | len | (off + len) | (cbuf.length - (off + len))) < ) {       throw new IndexOutOfBoundsException();     }     sink.receive(cbuf, off, len);   }   // 清空“PipedWriter”。   // 这里会调用“PipedReader”的notifyAll();   // 目的是让“PipedReader”放弃对当前资源的占有,让其它的等待线程(等待读取PipedWriter的线程)读取“PipedWriter”的值。   public synchronized void flush() throws IOException {     if (sink != null) {       if (sink.closedByReader || closed) {         throw new IOException("Pipe closed");       }       synchronized (sink) {         sink.notifyAll();       }     }   }   // 关闭“PipedWriter”。   // 关闭之后,会调用receivedLast()通知“PipedReader”它已经关闭。   public void close() throws IOException {     closed = true;     if (sink != null) {       sink.receivedLast();     }   } }

2. PipedReader 源码(基于jdk1.7.40)    

package java.io;  public class PipedReader extends Reader {    // “PipedWriter”是否关闭的标记    boolean closedByWriter = false;    // “PipedReader”是否关闭的标记    boolean closedByReader = false;    // “PipedReader”与“PipedWriter”是否连接的标记    // 它在PipedWriter的connect()连接函数中被设置为true   boolean connected = false;   Thread readSide;  // 读取“管道”数据的线程   Thread writeSide;  // 向“管道”写入数据的线程   // “管道”的默认大小  private static final int DEFAULT_PIPE_SIZE = 1024;   // 缓冲区   char buffer[];   //下一个写入字符的位置。in==out代表满,说明“写入的数据”全部被读取了。   int in = -;   //下一个读取字符的位置。in==out代表满,说明“写入的数据”全部被读取了。   int out = ;   // 构造函数:指定与“PipedReader”关联的“PipedWriter”   public PipedReader(PipedWriter src) throws IOException {     this(src, DEFAULT_PIPE_SIZE);   }   // 构造函数:指定与“PipedReader”关联的“PipedWriter”,以及“缓冲区大小”   public PipedReader(PipedWriter src, int pipeSize) throws IOException {     initPipe(pipeSize);     connect(src);   }   // 构造函数:默认缓冲区大小是1024字符   public PipedReader() {     initPipe(DEFAULT_PIPE_SIZE);   }   // 构造函数:指定缓冲区大小是pipeSize   public PipedReader(int pipeSize) {     initPipe(pipeSize);   }   // 初始化“管道”:新建缓冲区大小   private void initPipe(int pipeSize) {    if (pipeSize <= 0) {       throw new IllegalArgumentException("Pipe size <= 0");     }     buffer = new char[pipeSize];   }   // 将“PipedReader”和“PipedWriter”绑定。   // 实际上,这里调用的是PipedWriter的connect()函数   public void connect(PipedWriter src) throws IOException {     src.connect(this);   }   // 接收int类型的数据b。   // 它只会在PipedWriter的write(int b)中会被调用   synchronized void receive(int c) throws IOException {     // 检查管道状态     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");     }     // 获取“写入管道”的线程     writeSide = Thread.currentThread();     // 如果“管道中被读取的数据,等于写入管道的数据”时,    // 则每隔1000ms检查“管道状态”,并唤醒管道操作:若有“读取管道数据线程被阻塞”,则唤醒该线程。     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();       }     }    if (in < 0) {     in = 0;      out = 0;     }     buffer[in++] = (char) c;     if (in >= buffer.length) {      in = 0;     }   }   // 接收字符数组b。   synchronized void receive(char c[], int off, int len) throws IOException {     while (--len >= ) {      receive(c[off++]);     }   }   // 当PipedWriter被关闭时,被调用   synchronized void receivedLast() {     closedByWriter = true;     notifyAll();   }   // 从管道(的缓冲)中读取一个字符,并将其转换成int类型   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 < )) {       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 < )) {         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++];     if (out >= buffer.length) {      out = 0;     }     if (in == out) {       /* now empty */      in = -1;     }     return ret;   }   // 从管道(的缓冲)中读取数据,并将其存入到数组b中   public synchronized int read(char cbuf[], int off, int len) 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");     }    if ((off < 0) || (off > cbuf.length) || (len < 0) ||      ((off + len) > cbuf.length) || ((off + len) < 0)) {       throw new IndexOutOfBoundsException();     } else if (len == 0) {      return 0;     }     /* possibly wait on the first character */     int c = read();    if (c < 0) {      return -1;     }     cbuf[off] = (char)c;    int rlen = 1;    while ((in >= 0) && (--len > 0)) {       cbuf[off + rlen] = buffer[out++];       rlen++;       if (out >= buffer.length) {       out = 0;       }       if (in == out) {         /* now empty */         in = -;       }     }     return rlen;   }   // 是否能从管道中读取下一个数据   public synchronized boolean ready() 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 < )) {       throw new IOException("Write end dead");     }    if (in < 0) {       return false;     } else {       return true;     }   }   // 关闭PipedReader   public void close() throws IOException {     in = -;     closedByReader = true;   } }

示例

下面,我们看看多线程中通过PipedWriter和PipedReader通信的例子。例子中包括3个类:Receiver.java, Sender.java 和 PipeTest.java

Receiver.java的代码如下:  

 import java.io.IOException;   import java.io.PipedReader;   @SuppressWarnings("all")   /**   * 接收者线程   */   public class Receiver extends Thread {     // 管道输入流对象。   // 它和“管道输出流(PipedWriter)”对象绑定,   // 从而可以接收“管道输出流”的数据,再让用户读取。   private PipedReader in = new PipedReader();     // 获得“管道输入流对象”   public PipedReader getReader(){       return in;     }     @Override   public void run(){       readMessageOnce() ;     //readMessageContinued() ;   }   // 从“管道输入流”中读取次数据   public void readMessageOnce(){       // 虽然buf的大小是2048个字符,但最多只会从“管道输入流”中读取1024个字符。    // 因为,“管道输入流”的缓冲区大小默认只有1024个字符。     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();       }     }   // 从“管道输入流”读取>1024个字符时,就停止读取  public void readMessageContinued(){    int total=0;     while(true) {       char[] buf = new char[];       try {         int len = in.read(buf);         total += len;         System.out.println(new String(buf,,len));        // 若读取的字符总数>1024,则退出循环。       if (total > 1024)           break;       } catch (IOException e) {         e.printStackTrace();       }     }     try {       in.close();      } catch (IOException e) {         e.printStackTrace();       }     }   } Sender.java的代码如下:  import java.io.IOException;    import java.io.PipedWriter;   @SuppressWarnings("all") /**   * 发送者线程   */   public class Sender extends Thread {     // 管道输出流对象。   // 它和“管道输入流(PipedReader)”对象绑定,   // 从而可以将数据发送给“管道输入流”的数据,然后用户可以从“管道输入流”读取数据。   private PipedWriter out = new PipedWriter();   // 获得“管道输出流”对象   public PipedWriter getWriter(){     return out;   }     @Override   public void run(){       writeShortMessage();     //writeLongMessage();   }     // 向“管道输出流”中写入一则较简短的消息:"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“管道输出流”中写入一则较长的消息   private void writeLongMessage() {     StringBuilder sb = new StringBuilder();    // 通过for循环写入1020个字符     for (int i=0; i<102; i++)      sb.append("0123456789");    // 再写入26个字符。    sb.append("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz");    // str的总长度是1020+26=1046个字符    String str = sb.toString();    try {      // 将1046个字符写入到“管道输出流”中       out.write(str);       out.close();     } catch (IOException e) {       e.printStackTrace();     }   } } 

PipeTest.java的代码如下: 

 import java.io.PipedReader; import java.io.PipedWriter; import java.io.IOException; @SuppressWarnings("all")   /**   * 管道输入流和管道输出流的交互程序  */   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 {         //管道连接。下面句话的本质是一样。       //out.connect(in);         in.connect(out);         /**        * Thread类的START方法:        * 使该线程开始执行;Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。         * 结果是两个线程并发地运行;当前线程(从调用返回给 start 方法)和另一个线程(执行其 run 方法)。         * 多次启动一个线程是非法的。特别是当线程已经结束执行后,不能再重新启动。         */       t.start();       t.start();     } catch (IOException e) {       e.printStackTrace();     }   } }

运行结果:

this is a short message

结果说明:

(01) in.connect(out);

        它的作用是将“管道输入流”和“管道输出流”关联起来。查看PipedWriter.java和PipedReader.java中connect()的源码;我们知道 out.connect(in); 等价于 in.connect(out);

(02)

t1.start(); // 启动“Sender”线程
t2.start(); // 启动“Receiver”线程

先查看Sender.java的源码,线程启动后执行run()函数;在Sender.java的run()中,调用writeShortMessage();

writeShortMessage();的作用就是向“管道输出流”中写入数据"this is a short message" ;这条数据会被“管道输入流”接收到。下面看看这是如何实现的。

先看write(char char的源码。PipedWriter.java继承于Writer.java;Writer.java中write(char c[])的源码如下:

public void write(char cbuf[]) throws IOException {  write(cbuf, 0, cbuf.length);}

实际上write(char c[])是调用的PipedWriter.java中的write(char c[], int off, int len)函数。查看write(char c[], int off, int len)的源码,我们发现:它会调用 sink.receive(cbuf, off, len); 进一步查看receive(char c[], int off, int len)的定义,我们知道sink.receive(cbuf, off, len)的作用就是:将“管道输出流”中的数据保存到“管道输入流”的缓冲中。而“管道输入流”的缓冲区buffer的默认大小是1024个字符。

至此,我们知道:t1.start()启动Sender线程,而Sender线程会将数据"this is a short message"写入到“管道输出流”;而“管道输出流”又会将该数据传输给“管道输入流”,即而保存在“管道输入流”的缓冲中。

接下来,我们看看“用户如何从‘管道输入流'的缓冲中读取数据”。这实际上就是Receiver线程的动作。

t2.start() 会启动Receiver线程,从而执行Receiver.java的run()函数。查看Receiver.java的源码,我们知道run()调用了readMessageOnce()。

而readMessageOnce()就是调用in.read(buf)从“管道输入流in”中读取数据,并保存到buf中。

通过上面的分析,我们已经知道“管道输入流in”的缓冲中的数据是"this is a short message";因此,buf的数据就是"this is a short message"。

为了加深对管道的理解。我们接着进行下面两个小试验。

试验一:修改Sender.java

public void run(){    writeShortMessage();  //writeLongMessage();}

修改为

public void run(){    //writeShortMessage();  writeLongMessage();}

运行程序。运行结果如下: 

从中,我们看出,程序运行出错!抛出异常 java.io.IOException: Pipe closed

为什么会这样呢?

我分析一下程序流程。

(01) 在PipeTest中,通过in.connect(out)将输入和输出管道连接起来;然后,启动两个线程。t1.start()启动了线程Sender,t2.start()启动了线程Receiver。

(02) Sender线程启动后,通过writeLongMessage()写入数据到“输出管道”,out.write(str.toCharArray())共写入了1046个字符。而根据PipedWriter的源码,PipedWriter的write()函数会调用PipedReader的receive()函数。而观察PipedReader的receive()函数,我们知道,PipedReader会将接受的数据存储缓冲区。仔细观察receive()函数,有如下代码:

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的初始值分别是in=-1, out=0;结合上面的while(in==out)。我们知道,它的含义就是,每往管道中写入一个字符,就达到了in==out这个条件。然后,就调用notifyAll(),唤醒“读取管道的线程”。
也就是,每往管道中写入一个字符,都会阻塞式的等待其它线程读取。

然而,PipedReader的缓冲区的默认大小是1024!但是,此时要写入的数据却有1046!所以,一次性最多只能写入1024个字符。

(03) Receiver线程启动后,会调用readMessageOnce()读取管道输入流。读取1024个字符会,会调用close()关闭,管道。

由(02)和(03)的分析可知,Sender要往管道写入1046个字符。其中,前1024个字符(缓冲区容量是1024)能正常写入,并且每写入一个就读取一个。当写入1025个字符时,依然是依次的调用PipedWriter.java中的write();然后,write()中调用PipedReader.java中的receive();在PipedReader.java中,最终又会调用到receive(int c)函数。 而此时,管道输入流已经被关闭,也就是closedByReader为true,所以抛出throw new IOException("Pipe closed")。
我们对“试验一”继续进行修改,解决该问题。

试验二: 在“试验一”的基础上继续修改Receiver.java

public void run(){    readMessageOnce() ;  //readMessageContinued() ;}

修改为

public void run(){    //readMessageOnce() ;  readMessageContinued() ;}

此时,程序能正常运行。运行结果为:

01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
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012345678901234567890123456789abcd
efghijklmnopqrstuvwxyz

以上所述是小编给大家介绍的PipedWriter和PipedReader源码分析,希望对大家有所帮助,如果大家有任何疑问请给我留言,小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对VeVb武林网网站的支持!

 

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