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如何正确使用Java I/O输出和读入数据

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本文就是要深入地分析Java I/O输入输出的工作原理，保证我们能够正确地执行数据的发送和接收！

作者：良少shendl 来源：CSDN 2008年2月15日

关键字： 读入数据 I/O java

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前言
Java的I/O系统使用“流”来处理各种类型的输入、输出数据的任务。
在传输数据的过程中，我们需要判断流中传输的数据何时结束这样的问题。这对于我们正确地发送和接收数据是非常关键的。
如何判断流的末尾和批数据的末尾，是解决这个问题的关键。本文就是要深入地分析Java I/O输入输出的工作原理，保证我们能够正确地执行数据的发送和接收！
Java I/O任务
一个Java的I/O任务，创建了一个连接两个系统的数据传输管道。它分为两个部分：输入流和输出流。
输入流，指的是通过流向本系统的内存传输数据的单向数据传输通道。
输出流，指的是通过流向外部系统传输数据的单向数据传输通道。
 
输入流
 
InputStream类是表示字节输入流的所有类的超类。这是一个抽象类。
我们看它提供的读入数据的方法：
read
public abstract int read()
                  throws IOException
从输入流读取下一个数据字节。返回 0 到 255 范围内的 int 字节值。如果因已到达流末尾而没有可用的字节，则返回值 -1。在输入数据可用、检测到流的末尾或者抛出异常前，此方法一直阻塞。
子类必须提供此方法的一个实现。
返回：
下一个数据字节，如果到达流的末尾，则返回 -1。
抛出：
IOException - 如果发生 I/O 错误。
read
public int read(byte[] b)
         throws IOException
从输入流中读取一定数量的字节并将其存储在缓冲区数组 b 中。以整数形式返回实际读取的字节数。在输入数据可用、检测到文件末尾或者抛出异常前，此方法一直阻塞。
如果 b 为 null，将抛出 NullPointerException。如果 b 的长度为 0，则无字节可读且返回 0；否则，要尝试读取至少一个字节。如果因为流位于文件末尾而没有可用的字节，则返回值 -1；否则，至少可以读取一个字节并将其存储在 b 中。
将读取的第一个字节存储在元素 b[0] 中，下一个存储在 b[1] 中，依次类推。读取的字节数最多等于 b 的长度。让 k 为实际读取的字节数；这些字节将存储在元素 b[0] 至 b[k-1] 之间，不影响元素 b[k] 至 b[b.length-1]。
如果不是因为流位于文件末尾而无法读取读取第一个字节，则抛出 IOException。特别是，如果输入流已关闭，则抛出 IOException。
类 InputStream 的 read(b) 方法的效果等同于：

 read(b, 0, b.length)

参数：
b - 读入数据的缓冲区。
返回：
读入缓冲区的总字节数，如果由于流末尾已到达而不再有数据，则返回 -1。
抛出：
IOException - 如果发生 I/O 错误。
NullPointerException - 如果 b 为 null。
另请参见：
read
public int read(byte[] b,
                int off,
                int len)
         throws IOException
将输入流中最多 len 个数据字节读入字节数组。尝试读取多达 len 字节，但可能读取较少数量。以整数形式返回实际读取的字节数。
在输入数据可用、检测到流的末尾或者抛出异常前，此方法一直阻塞。
如果 b 为 null，则抛出 NullPointerException。
如果 off 为负，或 len 为负，或 off+len 大于数组 b 的长度，则抛出 IndexOutOfBoundsException。
如果 len 为 0，则没有字节可读且返回 0；否则，要尝试读取至少一个字节。如果因为流位于文件末尾而没有可用的字节，则返回值 -1；否则，至少可以读取一个字节并将其存储在 b 中。
将读取的第一个字节存储在元素 b[off] 中，下一个存储在 b[off+1] 中，依次类推。读取的字节数最多等于 len。让 k 为实际读取的字节数；这些字节将存储在元素 b[off] 至 b[off+k-1] 之间，其余元素 b[off+k] 至 b[off+len-1] 不受影响。
在任何情况下，元素 b[0] 至 b[off] 和元素 b[off+len] 至 b[b.length-1] 都不会受到影响。
如果不是因为流位于文件末尾而无法读取第一个字节，则抛出 IOException。特别是，如果输入流已关闭，则抛出 IOException。
类 InputStream 的 read(b, off, len) 方法只重复调用方法 read()。如果第一个这样的调用导致 IOException，则从对 read(b, off, len) 方法的调用中返回该异常。如果对 read() 的任何后续调用导致 IOException，则该异常会被捕获并将发生异常时的位置视为文件的末尾；到达该点时读取的字节存储在 b 中并返回发生异常之前读取的字节数。建议让子类提供此方法的更有效的实现。
参数：
b - 读入数据的缓冲区。
off - 在其处写入数据的数组 b 的初始偏移量。
len - 要读取的最大字节数。
返回：
读入缓冲区的总字节数，如果由于已到达流末尾而不再有数据，则返回 -1。
抛出：
IOException - 如果发生 I/O 错误。
NullPointerException - 如果 b 为 null。
另请参见：
 
 
read方法解读
这些方法的核心。实际上就是read()方法。
这个方法的JavaDoc中指出：
“如果因已到达流末尾而没有可用的字节，则返回值 -1。如果因已到达流末尾而没有可用的字节，则返回值 -1。在输入数据可用、检测到流的末尾或者抛出异常前，此方法一直阻塞。”
 
1，read方法会在能够返回流中的字节之前，一直阻塞线程。这就是说，read方法是一个低消耗的监听和读取I/O传输的好方法。
这个方法的实现，具有非常高的性能。
 
2，如果输入流的I/O系统在执行这个read方法时抛出异常，那么显然这个方法会非正常结束，这个也是毫无疑问的。
 
3，“如果因已到达流末尾而没有可用的字节，则返回值 -1。”
这句话看似没有问题，但实际上有非常大的歧义！什么是流的末尾？只有流的末尾才能返回-1吗？
 
InputStream类和SocketInputStream类的源码解读
通过查看InputStream类的源码，我发现实际上，流，就好比是双向2车道的高速公路。它传输数据是一批一批的。我把它叫做“批数据”。
假设A=======B两个系统通过一个I/O流来连接。
那么，从B端通向A端的车道，就叫作A的“输入流”。同一条车道，在B这边，叫作B的“输出流”。
同理，从A端通向B端的车道，就叫作A的“输出流”。同一条车道，在B这边，就叫作B的“输入流”。
 
数据在这条高速公路上，不是一条一条跑的，而是一批一批跑。
 

OutputStream类，此抽象类是表示输出字节流的所有类的超类。输出流接受输出字节并将这些字节发送到某个接收器。

 

OutputStream类的write方法，每执行一次，就向这条高速公路上发送了一批数据。OutputStream类的一些子类，它们并不是在每次write()方法执行之后立刻把这批数据发送到数据高速公路上的。而是只有在执行flush()方法之后，才把之前write的多批数据真正地发送到数据通道中。

这样，多个write()方法发送的数据就变为了一批数据了！

 

通过read()方法读入时，当读完该批数据之后，如果再一次执行read()方法，就会立刻返回-1。

实际上，这是并没有到达流的末尾！仅仅是读完了一批发送的数据而已！

 

如果我们又一次执行read()方法，那么，如果：

1，流没有结束。也就是说，对面的发送端可能还会发送下一批数据时，就会进入阻塞状态。当前线程暂停，直到读取到输入流中下一批数据的第一个字节。
2，流结束了。也就是说，对面的发送端不再发送任何数据，也即：这条数据通道已经没有用了，这时，可以说“到达流的末尾”了！返回-1。
   

所以，InputStream及其子类的read()方法的注释是不完整的！

Read()方法的注释，应该这么说：
read
public abstract int read()
                  throws IOException
从输入流读取下一个数据字节。返回 0 到 255 范围内的 int 字节值。
如果在读完一批数据后首次调用read()方法，那么返回-1。表示这批数据已经读完了！
如果因已到达流末尾而没有可用的字节，则返回值 -1。在输入数据可用、检测到流的末尾或者抛出异常前，此方法一直阻塞。
子类必须提供此方法的一个实现。
返回：
下一个数据字节；
如果刚读完一批数据，则返回-1；
如果到达流的末尾，则返回 -1。
抛出：
IOException - 如果发生 I/O 错误。
 
 
如何正确使用Java I/O输出和读入数据
明白了Java的I/O流的工作机理和read方法的执行结果，我们就能够正确地使用Java I/O系统输出和读入数据了。
 
如何分批输出数据
由于read(…)方法是分批读取数据的，所以，我们应该在输出端正确地分批输出数据。
Write(…)方法，然后执行flush()方法能够将多批数据合并成一批数据输出。
尽管OutputStream这个基类的flush()方法是无用的，但是由于我们得到的OutputStream类型的输出对象都是这个类的子类的对象，所以，我们还是应该尽量使用flush()方法强制向输出流中物理输出数据，以避免错误。
 
如何分批读取数据
    我们常常使用public int read(byte[] b,
                int off,
                int len)
         throws IOException
这个方法来读取一批数据。
查看这个方法的源代码，我们可以发现，它在读取完一批数据时，又执行了一次read()方法，由于前面论述的原因，这个方法立刻返回-1，然后这个方法退出，返回这次读取的字节数。
因此，如果我们要读取一批数据，可以采用如下几种方法：
使用read()判断-1来读完一批数据：
    代码示例：
Int byte;
While((byte=inputStream.read())!=-1 ){
    Byte就是返回的字节。
 
}
如果读完一批数据后再一次执行read方法，将会立刻返回-1，表示这批数据已经读完。
 
使用read(byte[] buffer)判断是否返回小于buffer.length或者-1来判断是否读完一批数据
上面那样一个一个字节读取数据比较麻烦，我们通常使用一个字节数组来读取数据。
read(byte[] buffer)方法返回：
1，buffer.length，表示从输入流中读取到的数据塞满了这个字节数组。此时，可能已经读完了这批数据，也可能没有读完这批数据。
    如果刚好读完，那么再执行一次read()方法，就会返回-1，表示这批数据已经读完，而不是表示流已经结束。
2，小于buffer.length。表示读完了该批数据。并且执行了一次read()方法，返回-1，表示这批数据已经读完。
3，-1。这批数据已经读完了。 不可能是表示流已经结束。因为之前就会退出while循环。
   
代码示例：
Byte[] buffer=new byte[1024];
int size=buffer.length;
While(size!=-1 || size>=buffer.length){
Size=inputStream.read(buffer));
将数据读到数组buffer中。
如果读到了-1，或者 读出的数据少于buffer的尺寸，表示已经读完该批数据，不再循环读取数据了！
 
 
}
 
 
读入一批数据的操作必须对应输出一批数据的操作
读入一批数据的操作必须对应输出一批数据的操作。否则，读入数据的线程会一直阻塞，等待输出端输出下一批数据。
如果对方也需要我们提供输出数据，那么就可能会使整个流的两端的线程互相等待，死锁住。并且这个I/O流也会永远不释放，这样就会使系统的资源耗尽。
 
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