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Java IO 之 FileInputStream & FileOutputStream源码分析

泥瓦匠BYSocket
 泥瓦匠BYSocket
发布于 2015/10/09 13:45
字数 2921
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Writer      :BYSocket(泥沙砖瓦浆木匠)

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一、引子

文件,作为常见的数据源。关于操作文件的字节流就是 — FileInputStream & FileOutputStream。它们是Basic IO字节流中重要的实现类。

二、FileInputStream源码分析

FileInputStream源码如下:

/**
 * FileInputStream 从文件系统的文件中获取输入字节流。文件取决于主机系统。
 *  比如读取图片等的原始字节流。如果读取字符流,考虑使用 FiLeReader。
 */
publicclassSFileInputStream extendsInputStream
{
    /* 文件描述符类---此处用于打开文件的句柄 */
    private final FileDescriptor fd;
 
    /* 引用文件的路径 */
    private final String path;
 
    /* 文件通道,NIO部分 */
    private FileChannel channel = null;
 
    private final Object closeLock = new Object();
    private volatile boolean closed = false;
 
    private static final ThreadLocal<Boolean> runningFinalize =
        new ThreadLocal<>();
 
    private static boolean isRunningFinalize() {
        Boolean val;
        if ((val = runningFinalize.get()) != null)
            return val.booleanValue();
        return false;
    }
 
    /* 通过文件路径名来创建FileInputStream */
    public FileInputStream(String name) throws FileNotFoundException {
        this(name != null ? new File(name) : null);
    }
 
    /* 通过文件来创建FileInputStream */
    public FileInputStream(File file) throws FileNotFoundException {
        String name = (file != null ? file.getPath() : null);
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (security != null) {
            security.checkRead(name);
        }
        if (name == null) {
            throw new NullPointerException();
        }
        if (file.isInvalid()) {
            throw new FileNotFoundException("Invalid file path");
        }
        fd = new FileDescriptor();
        fd.incrementAndGetUseCount();
        this.path = name;
        open(name);
    }
 
    /* 通过文件描述符类来创建FileInputStream */
    public FileInputStream(FileDescriptor fdObj) {
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (fdObj == null) {
            throw new NullPointerException();
        }
        if (security != null) {
            security.checkRead(fdObj);
        }
        fd = fdObj;
        path = null;
        fd.incrementAndGetUseCount();
    }
 
    /* 打开文件,为了下一步读取文件内容。native方法 */
    private native void open(String name) throws FileNotFoundException;
 
    /* 从此输入流中读取一个数据字节 */
    public int read() throws IOException {
        Object traceContext = IoTrace.fileReadBegin(path);
        int b = 0;
        try {
            b = read0();
        } finally {
            IoTrace.fileReadEnd(traceContext, b == -1 ? 0 : 1);
        }
        return b;
    }
 
    /* 从此输入流中读取一个数据字节。native方法 */
    private native int read0() throws IOException;
 
    /* 从此输入流中读取多个字节到byte数组中。native方法 */
    private native int readBytes(byte b[], int off, int len) throws IOException;
 
    /* 从此输入流中读取多个字节到byte数组中。 */
    public int read(byte b[]) throws IOException {
        Object traceContext = IoTrace.fileReadBegin(path);
        int bytesRead = 0;
        try {
            bytesRead = readBytes(b, 0, b.length);
        } finally {
            IoTrace.fileReadEnd(traceContext, bytesRead == -1 ? 0 : bytesRead);
        }
        return bytesRead;
    }
 
    /* 从此输入流中读取最多len个字节到byte数组中。 */
    public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {
        Object traceContext = IoTrace.fileReadBegin(path);
        int bytesRead = 0;
        try {
            bytesRead = readBytes(b, off, len);
        } finally {
            IoTrace.fileReadEnd(traceContext, bytesRead == -1 ? 0 : bytesRead);
        }
        return bytesRead;
    }
 
     
    public native long skip(long n) throws IOException;
 
    /* 返回下一次对此输入流调用的方法可以不受阻塞地从此输入流读取(或跳过)的估计剩余字节数。 */
    public native int available() throws IOException;
 
    /* 关闭此文件输入流并释放与此流有关的所有系统资源。 */
    public void close() throws IOException {
        synchronized (closeLock) {
            if (closed) {
                return;
            }
            closed = true;
        }
        if (channel != null) {
           fd.decrementAndGetUseCount();
           channel.close();
        }
 
        int useCount = fd.decrementAndGetUseCount();
 
        if ((useCount <= 0) || !isRunningFinalize()) {
            close0();
        }
    }
 
    public final FileDescriptor getFD() throws IOException {
        if (fd != null) return fd;
        throw new IOException();
    }
 
    /* 获取此文件输入流的唯一FileChannel对象 */
    publicFileChannel getChannel() {
        synchronized(this) {
            if(channel == null) {
                channel = FileChannelImpl.open(fd, path, true, false, this);
                fd.incrementAndGetUseCount();
            }
            returnchannel;
        }
    }
 
    privatestaticnativevoidinitIDs();
 
    privatenativevoidclose0() throwsIOException;
 
    static{
        initIDs();
    }
 
    protected void finalize() throws IOException {
        if((fd != null) &&  (fd != FileDescriptor.in)) {
            runningFinalize.set(Boolean.TRUE);
            try{
                close();
            } finally{
                runningFinalize.set(Boolean.FALSE);
            }
        }
    }
}

1. 三个核心方法

三个核心方法,也就是Override(重写)了抽象类InputStreamread方法。

int read() 方法,即

public int read() throws IOException

代码实现中很简单,一个try中调用本地nativeread0()方法,直接从文件输入流中读取一个字节。IoTrace.fileReadEnd(),字面意思是防止文件没有关闭读的通道,导致读文件失败,一直开着读的通道,会造成内存泄露。


int read(byte b[]) 方法,即

public int read(byte b[]) throws IOException

代码实现也是比较简单的,也是一个try中调用本地nativereadBytes()方法,直接从文件输入流中读取最多b.length个字节到byte数组b中。

int read(byte b[], int off, int len) 方法,即

public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException

代码实现和 int read(byte b[])方法 一样,直接从文件输入流中读取最多len个字节到byte数组b中。

可是这里有个问:

Q: 为什么 int read(byte b[]) 方法需要自己独立实现呢? 直接调用 int read(byte b[], int off, int len) 方法,即read(b , 0 , b.length),等价于read(b)?

A:待完善,希望路过大神回。。。。向下兼容?? Finally??

2. 值得一提的native方法

上面核心方法中为什么实现简单,因为工作量都在native方法里面,即JVM里面实现了。native倒是不少一一列举吧:

native void open(String name) // 打开文件,为了下一步读取文件内容

native int read0() // 从文件输入流中读取一个字节

native int readBytes(byte b[], int off, int len) // 从文件输入流中读取,从off句柄开始的len个字节,并存储至b字节数组内。

native void close0() // 关闭该文件输入流及涉及的资源,比如说如果该文件输入流的FileChannel对被获取后,需要对FileChannel进行close。

其他还有值得一提的就是,在jdk1.4中,新增了NIO包,优化了一些IO处理的速度,所以在FileInputStream和FileOutputStream中新增了FileChannel getChannel()的方法。即获取与该文件输入流相关的 java.nio.channels.FileChannel对象。


三、FileOutputStream 源码分析

FileOutputStream 源码如下:


/**
 * 文件输入流是用于将数据写入文件或者文件描述符类
 *  比如写入图片等的原始字节流。如果写入字符流,考虑使用 FiLeWriter。
 */
publicclassSFileOutputStream extendsOutputStream
{
    /* 文件描述符类---此处用于打开文件的句柄 */
    private final FileDescriptor fd;
 
    /* 引用文件的路径 */
    private final String path;
 
    /* 如果为 true,则将字节写入文件末尾处,而不是写入文件开始处 */
    private final boolean append;
 
    /* 关联的FileChannel类,懒加载 */
    private FileChannel channel;
 
    private final Object closeLock = new Object();
    private volatile boolean closed = false;
    private static final ThreadLocal<Boolean> runningFinalize =
        new ThreadLocal<>();
 
    private static boolean isRunningFinalize() {
        Boolean val;
        if ((val = runningFinalize.get()) != null)
            return val.booleanValue();
        return false;
    }
 
    /* 通过文件名创建文件输入流 */
    public FileOutputStream(String name) throws FileNotFoundException {
        this(name != null ? new File(name) : null, false);
    }
 
    /* 通过文件名创建文件输入流,并确定文件写入起始处模式 */
    public FileOutputStream(String name, boolean append)
        throws FileNotFoundException
    {
        this(name != null ? new File(name) : null, append);
    }
 
    /* 通过文件创建文件输入流,默认写入文件的开始处 */
    public FileOutputStream(File file) throws FileNotFoundException {
        this(file, false);
    }
 
    /* 通过文件创建文件输入流,并确定文件写入起始处  */
    public FileOutputStream(File file, boolean append)
        throws FileNotFoundException
    {
        String name = (file != null ? file.getPath() : null);
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (security != null) {
            security.checkWrite(name);
        }
        if (name == null) {
            throw new NullPointerException();
        }
        if (file.isInvalid()) {
            throw new FileNotFoundException("Invalid file path");
        }
        this.fd = new FileDescriptor();
        this.append = append;
        this.path = name;
        fd.incrementAndGetUseCount();
        open(name, append);
    }
 
    /* 通过文件描述符类创建文件输入流 */
    public FileOutputStream(FileDescriptor fdObj) {
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (fdObj == null) {
            throw new NullPointerException();
        }
        if (security != null) {
            security.checkWrite(fdObj);
        }
        this.fd = fdObj;
        this.path = null;
        this.append = false;
 
        fd.incrementAndGetUseCount();
    }
 
    /* 打开文件,并确定文件写入起始处模式 */
    private native void open(String name, boolean append)
        throws FileNotFoundException;
 
    /* 将指定的字节b写入到该文件输入流,并指定文件写入起始处模式 */
    private native void write(int b, boolean append) throws IOException;
 
    /* 将指定的字节b写入到该文件输入流 */
    public void write(int b) throws IOException {
        Object traceContext = IoTrace.fileWriteBegin(path);
        int bytesWritten = 0;
        try {
            write(b, append);
            bytesWritten = 1;
        } finally {
            IoTrace.fileWriteEnd(traceContext, bytesWritten);
        }
    }
 
    /* 将指定的字节数组写入该文件输入流,并指定文件写入起始处模式 */
    private native void writeBytes(byte b[], int off, int len, boolean append)
        throws IOException;
 
    /* 将指定的字节数组b写入该文件输入流 */
    public void write(byte b[]) throws IOException {
        Object traceContext = IoTrace.fileWriteBegin(path);
        int bytesWritten = 0;
        try {
            writeBytes(b, 0, b.length, append);
            bytesWritten = b.length;
        } finally {
            IoTrace.fileWriteEnd(traceContext, bytesWritten);
        }
    }
 
    /* 将指定len长度的字节数组b写入该文件输入流 */
    public void write(byte b[], int off, int len) throws IOException {
        Object traceContext = IoTrace.fileWriteBegin(path);
        int bytesWritten = 0;
        try {
            writeBytes(b, off, len, append);
            bytesWritten = len;
        } finally {
            IoTrace.fileWriteEnd(traceContext, bytesWritten);
        }
    }
 
    /* 关闭此文件输出流并释放与此流有关的所有系统资源 */
    publicvoidclose() throwsIOException {
        synchronized(closeLock) {
            if(closed) {
                return;
            }
            closed = true;
        }
 
        if(channel != null) {
            fd.decrementAndGetUseCount();
            channel.close();
        }
 
        intuseCount = fd.decrementAndGetUseCount();
 
        if((useCount <= 0) || !isRunningFinalize()) {
            close0();
        }
    }
 
     public final FileDescriptor getFD()  throws IOException {
        if(fd != null) returnfd;
        thrownewIOException();
     }
 
    publicFile Channel getChannel() {
        synchronized(this) {
            if(channel == null) {
                channel = FileChannelImpl.open(fd, path, false, true, append, this);
 
                fd.incrementAndGetUseCount();
            }
            returnchannel;
        }
    }
 
    protected void finalize() throws IOException {
        if(fd != null) {
            if(fd == FileDescriptor.out || fd == FileDescriptor.err) {
                flush();
            } else{
 
                runningFinalize.set(Boolean.TRUE);
                try{
                    close();
                } finally{
                    runningFinalize.set(Boolean.FALSE);
                }
            }
        }
    }
 
    private native void close0() throws IOException;
 
    private static native void initIDs();
 
    static{
        initIDs();
    }
 
}



1. 三个核心方法

三个核心方法,也就是Override(重写)了抽象类OutputStreamwrite方法。

void write(int b) 方法,即

public void write(intb) throws IOException

代码实现中很简单,一个try中调用本地nativewrite()方法,直接将指定的字节b写入文件输出流。IoTrace.fileReadEnd()的意思和上面FileInputStream意思一致。


void write(byte b[]) 方法,即

public void write(byteb[]) throws IOException

代码实现也是比较简单的,也是一个try中调用本地nativewriteBytes()方法,直接将指定的字节数组写入该文件输入流。

void write(byte b[], int off, int len) 方法,即

public void write(byte b[], int off, int len) throws IOException




代码实现和 void write(byte b[]) 方法 一样,直接将指定的字节数组写入该文件输入流。


2. 值得一提的native方法

上面核心方法中为什么实现简单,因为工作量都在native方法里面,即JVM里面实现了。native倒是不少一一列举吧:

native void open(String name) // 打开文件,为了下一步读取文件内容

native void write(int b, boolean append) // 直接将指定的字节b写入文件输出流

native native void writeBytes(byte b[], int off, int len, boolean append) // 直接将指定的字节数组写入该文件输入流。

native void close0() // 关闭该文件输入流及涉及的资源,比如说如果该文件输入流的FileChannel对被获取后,需要对FileChannel进行close。


相似之处

其实到这里,该想一想。两个源码实现很相似,而且native方法也很相似。其实不能说“相似”,应该以“对应”来概括它们。

它们是一组,是一根吸管的两个孔的关系:“一个Input一个Output”。

休息一下吧~ 看看小广告:

开源代码都在我的gitHub上哦 — https://github.com/JeffLi1993 作者留言“请手贱,点项目star,支持支持拜托拜托”

四、使用案例

下面先看代码:

packageorg.javacore.io;
 
importjava.io.File;
importjava.io.FileInputStream;
importjava.io.FileOutputStream;
importjava.io.IOException;
 
/*
 * Copyright [2015] [Jeff Lee]
 *
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
 * you may not use this file except in compliance with the License.
 * You may obtain a copy of the License at
 *
 *   http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 */
 
/**
 * @author Jeff Lee
 * @since 2015-10-8 20:06:03
 * FileInputStream&FileOutputStream使用案例
 */
public class FileIOStreamT {
    private static final String thisFilePath =
            "src"+ File.separator +
            "org"+ File.separator +
            "javacore"+ File.separator +
            "io"+ File.separator +
            "FileIOStreamT.java";
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建文件输入流
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(thisFilePath);
        // 创建文件输出流
        FileOutputStream fileOutputStream =  new FileOutputStream("data.txt");
         
        // 创建流的最大字节数组
        byte[] inOutBytes = new byte[fileInputStream.available()];
        // 将文件输入流读取,保存至inOutBytes数组
        fileInputStream.read(inOutBytes);
        // 将inOutBytes数组,写出到data.txt文件中
        fileOutputStream.write(inOutBytes);
         
        fileOutputStream.close();
        fileInputStream.close();
    }
}

运行后,会发现根目录中出现了一个“data.txt”文件,内容为上面的代码。

1. 简单地分析下源码:

1、创建了FileInputStream,读取该代码文件为文件输入流。

2、创建了FileOutputStream,作为文件输出流,输出至data.txt文件。

3、针对流的字节数组,一个 read ,一个write,完成读取和写入。

4、关闭流

2. 代码调用的流程如图所示:

iostream

3. 代码虽简单,但是有点小问题

FileInputStream.available() 是返回流中的估计剩余字节数。所以一般不会用此方法。

一般做法,比如创建一个 byte数组,大小1K。然后read至其返回值不为-1,一直读取即可。边读边写。

五、思考与小结

FileInputStream & FileOutputStream 是一对来自 InputStream和OutputStream的实现类。用于本地文件读写(二进制格式按顺序读写)

本文小结:

1、FileInputStream 源码分析

2、FileOutputStream 资源分析

3、FileInputStream & FileOutputStream 使用案例

4、其源码调用过程

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———- http://www.bysocket.com/ ————- https://github.com/JeffLi1993 ———-

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