BufferedInputStream介绍
BufferedInputStream是缓冲输入流，作用是为另外一个输入流添加缓冲功能，以及mark reset功能。
本质上，缓冲功能是通过一个内部缓冲区数组实现的，例如在新建某输入流对应的BufferedInputStream后，当我们通过read方法读取输入流的数据时，BufferedInputStream会将输入流的数据分批地填入到缓冲区中，每当缓冲区中的数据被读完以后，输入流会再次填充数据缓冲区，如此反复，直到我们读取完毕输出流数据。
源码分析
package java.io;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReferenceFieldUpdater;
public class BufferedInputStream extends FilterInputStream {
// 默认的缓冲大小是8192字节
// BufferedInputStream 会根据“缓冲区大小”来逐次的填充缓冲区；
// 即，BufferedInputStream填充缓冲区，用户读取缓冲区，读完之后，BufferedInputStream会再次填充缓冲区。如此循环，直到读完数据...
private static int defaultBufferSize = 8192;
// 缓冲数组
protected volatile byte buf[];
// 缓存数组的原子更新器。
// 该成员变量与buf数组的volatile关键字共同组成了buf数组的原子更新功能实现，
// 即，在多线程中操作BufferedInputStream对象时，buf和bufUpdater都具有原子性(不同的线程访问到的数据都是相同的)
private static final
AtomicReferenceFieldUpdater<BufferedInputStream, byte[]> bufUpdater =
AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater
(BufferedInputStream.class, byte[].class, "buf");
// 当前缓冲区的有效字节数。
// 注意，这里是指缓冲区的有效字节数，而不是输入流中的有效字节数。
protected int count;
// 当前缓冲区的位置索引
// 注意，这里是指缓冲区的位置索引，而不是输入流中的位置索引。
protected int pos;
// 当前缓冲区的标记位置
// markpos和reset()配合使用才有意义。操作步骤：
// (01) 通过mark() 函数，保存pos的值到markpos中。
// (02) 通过reset() 函数，会将pos的值重置为markpos。接着通过read()读取数据时，就会从mark()保存的位置开始读取。
protected int markpos = -1;
// marklimit是标记的最大值。
// 关于marklimit的原理，我们在后面的fill()函数分析中会详细说明。这对理解BufferedInputStream相当重要。
protected int marklimit;
// 获取输入流
private InputStream getInIfOpen() throws IOException {
InputStream input = in;
if (input == null)
throw new IOException("Stream closed");
return input;
}
// 获取缓冲
private byte[] getBufIfOpen() throws IOException {
byte[] buffer = buf;
if (buffer == null)
throw new IOException("Stream closed");
return buffer;
}
// 构造函数：新建一个缓冲区大小为8192的BufferedInputStream
public BufferedInputStream(InputStream in) {
this(in, defaultBufferSize);
}
// 构造函数：新建指定缓冲区大小的BufferedInputStream
public BufferedInputStream(InputStream in, int size) {
super(in);
if (size <= 0) {
throw new IllegalArgumentException("Buffer size <= 0");
}
buf = new byte[size];
}
// 从“输入流”中读取数据，并填充到缓冲区中。
// 后面会对该函数进行详细说明！
private void fill() throws IOException {
byte[] buffer = getBufIfOpen();
if (markpos < 0)
pos = 0; /* no mark: throw away the buffer */
else if (pos >= buffer.length) /* no room left in buffer */
if (markpos > 0) { /* can throw away early part of the buffer */
int sz = pos - markpos;
System.arraycopy(buffer, markpos, buffer, 0, sz);
pos = sz;
markpos = 0;
} else if (buffer.length >= marklimit) {
markpos = -1; /* buffer got too big, invalidate mark */
pos = 0; /* drop buffer contents */
} else { /* grow buffer */
int nsz = pos * 2;
if (nsz > marklimit)
nsz = marklimit;
byte nbuf[] = new byte[nsz];
System.arraycopy(buffer, 0, nbuf, 0, pos);
if (!bufUpdater.compareAndSet(this, buffer, nbuf)) {
throw new IOException("Stream closed");
}
buffer = nbuf;
}
count = pos;
int n = getInIfOpen().read(buffer, pos, buffer.length - pos);
if (n > 0)
count = n + pos;
}
// 读取下一个字节
public synchronized int read() throws IOException {
// 若已经读完缓冲区中的数据，则调用fill()从输入流读取下一部分数据来填充缓冲区
if (pos >= count) {
fill();
if (pos >= count)
return -1;
}
// 从缓冲区中读取指定的字节
return getBufIfOpen()[pos++] & 0xff;
}
// 将缓冲区中的数据写入到字节数组b中。off是字节数组b的起始位置，len是写入长度
private int read1(byte[] b, int off, int len) throws IOException {
int avail = count - pos;
if (avail <= 0) {
// 加速机制。
// 如果读取的长度大于缓冲区的长度 并且没有markpos，
// 则直接从原始输入流中进行读取，从而避免无谓的COPY（从原始输入流至缓冲区，读取缓冲区全部数据，清空缓冲区，
// 重新填入原始输入流数据）
if (len >= getBufIfOpen().length && markpos < 0) {
return getInIfOpen().read(b, off, len);
}
// 若已经读完缓冲区中的数据，则调用fill()从输入流读取下一部分数据来填充缓冲区
fill();
avail = count - pos;
if (avail <= 0) return -1;
}
int cnt = (avail < len) ? avail : len;
System.arraycopy(getBufIfOpen(), pos, b, off, cnt);
pos += cnt;
return cnt;
}
// 将缓冲区中的数据写入到字节数组b中。off是字节数组b的起始位置，len是写入长度
public synchronized int read(byte b[], int off, int len)
throws IOException
{
getBufIfOpen(); // Check for closed stream
if ((off | len | (off + len) | (b.length - (off + len))) < 0) {
throw new IndexOutOfBoundsException();
} else if (len == 0) {
return 0;
}
// 读取到指定长度的数据才返回
int n = 0;
for (;;) {
int nread = read1(b, off + n, len - n);
if (nread <= 0)
return (n == 0) ? nread : n;
n += nread;
if (n >= len)
return n;
// if not closed but no bytes available, return
InputStream input = in;
if (input != null && input.available() <= 0)
return n;
}
}
// 忽略n个字节
public synchronized long skip(long n) throws IOException {
getBufIfOpen(); // Check for closed stream
if (n <= 0) {
return 0;
}
long avail = count - pos;
if (avail <= 0) {
// If no mark position set then don't keep in buffer
if (markpos <0)
return getInIfOpen().skip(n);
// Fill in buffer to save bytes for reset
fill();
avail = count - pos;
if (avail <= 0)
return 0;
}
long skipped = (avail < n) ? avail : n;
pos += skipped;
return skipped;
}
// 下一个字节是否存可读
public synchronized int available() throws IOException {
int n = count - pos;
int avail = getInIfOpen().available();
return n > (Integer.MAX_VALUE - avail)
? Integer.MAX_VALUE
: n + avail;
}
// 标记“缓冲区”中当前位置。
// readlimit是marklimit，关于marklimit的作用，参考后面的说明。
public synchronized void mark(int readlimit) {
marklimit = readlimit;
markpos = pos;
}
// 将“缓冲区”中当前位置重置到mark()所标记的位置
public synchronized void reset() throws IOException {
getBufIfOpen(); // Cause exception if closed
if (markpos < 0)
throw new IOException("Resetting to invalid mark");
pos = markpos;
}
public boolean markSupported() {
return true;
}
// 关闭输入流
public void close() throws IOException {
byte[] buffer;
while ( (buffer = buf) != null) {
if (bufUpdater.compareAndSet(this, buffer, null)) {
InputStream input = in;
in = null;
if (input != null)
input.close();
return;
}
// Else retry in case a new buf was CASed in fill()
}
}
}要想读懂BufferedInputStream，就首先要理解其思想，BufferedInputStream的作用是为其他输入流提供缓冲功能，创建BufferedInputStream时候，我们构造函数里面会有一个输入流作为参数，BufferedInputStream会将输入数据分批次读取，每次读取一部分到缓存中，操作完这部分缓冲数据以后，再从输入流中读取下一部分数据到缓存中。
为什么需要缓冲呢，因为缓存中的数据实际上是保存在内存中，而原始数据可能保存在硬盘等存储介质中，而我们知道从内存中读取数据的速度是从硬盘中读取数据速度的10倍以上。
那为什么不一次性吧数据全部读取到内存中呢？因为数据可能很大，读取的时间会很长，还有就是内存价格昂贵
下面我们对BufferedInputStream中最重要的方法fill()进行说明：fill（）源码如下
private void fill() throws IOException {
byte[] buffer = getBufIfOpen();
if (markpos < 0)
pos = 0; /* no mark: throw away the buffer */
else if (pos >= buffer.length) /* no room left in buffer */
if (markpos > 0) { /* can throw away early part of the buffer */
int sz = pos - markpos;
System.arraycopy(buffer, markpos, buffer, 0, sz);
pos = sz;
markpos = 0;
} else if (buffer.length >= marklimit) {
markpos = -1; /* buffer got too big, invalidate mark */
pos = 0; /* drop buffer contents */
} else if (buffer.length >= MAX_BUFFER_SIZE) {
throw new OutOfMemoryError("Required array size too large");
} else { /* grow buffer */
int nsz = (pos <= MAX_BUFFER_SIZE - pos) ?
pos * 2 : MAX_BUFFER_SIZE;
if (nsz > marklimit)
nsz = marklimit;
byte nbuf[] = new byte[nsz];
System.arraycopy(buffer, 0, nbuf, 0, pos);
if (!bufUpdater.compareAndSet(this, buffer, nbuf)) {
// Can't replace buf if there was an async close.
// Note: This would need to be changed if fill()
// is ever made accessible to multiple threads.
// But for now, the only way CAS can fail is via close.
// assert buf == null;
throw new IOException("Stream closed");
}
buffer = nbuf;
}
count = pos;
int n = getInIfOpen().read(buffer, pos, buffer.length - pos);
if (n > 0)
count = n + pos;
}根据源码中的if条件，我们可以将fill的情况分为五种，
- 情况1：读取完buffer中的数据，并且buffer没有被标记
执行流程如下
（1）read()函数中调用fill()
（2）fill（）中的if(markpos<0)...
为了方便分析，我们将这种情况下的fill等价于以下代码
private void fill() throws IOException {
byte[] buffer = getBufIfOpen();
if (markpos < 0)
pos = 0;
count = pos;
int n = getInIfOpen().read(buffer, pos, buffer.length - pos);
if (n > 0)
count = n + pos;
}说明：这种情形发生的情况是-----输入流中有很长的数据，我们每次从中取出一部分到buffer中，每次我们读取完buffer中的数据之后，并且此时输入流没有被标记，那么就接着从输入流中读取下一部分的数据到buffer中。
其中判断是否读完是通过if(pos>=count)判断的，判断输入流有没有被标记是通过if（pos<0）判断
然后我们在捋一捋fill的代码
1，if(markpos < 0)，它的作用是判断“输入流是否被标记”，如果被标记了markpoos>=0，没否则markpos等于-1
2，在这种情况下，通过getInIfOpen（）获取输入流，接着从输入流中读取buffer.length个字节到buffer中
3，count=n+pos；这是根据从输入流中读取实际数据的多少，来更新buffer中数据的实际大小
- 情况2，读取完buffer中的数据，buffer的标记位置>0，并且buffer中没有多余的空间
执行流程如下，
1，read（）函数中调用fill（）
2，fill（）中的else if（pos >=buffer.length）...
3，fill（）中的if（markpos > 0）...
这种情况下的fill等价于下面的代码
private void fill() throws IOException {
byte[] buffer = getBufIfOpen();
if (markpos >= 0 && pos >= buffer.length) {
if (markpos > 0) {
int sz = pos - markpos;
System.arraycopy(buffer, markpos, buffer, 0, sz);
pos = sz;
markpos = 0;
}
}
count = pos;
int n = getInIfOpen().read(buffer, pos, buffer.length - pos);
if (n > 0)
count = n + pos;
}说明：这种情况发生的情况是-----输入流中还有很长的数据，我们每次从中读取一部分到buffer中进行操作，当我们读取完buffer中的数据之后，并且此时输入流存在标记时，那么就发生情况2，此时我们要保留“被标记位置”到buffer末尾的数据，然后再从输入流读取下一部分数据到buffer中。
其中判断是否读完buffer中的数据，通过if(pos >= count)判断，
判断输入流是否被标记，通过if(markpos<0)来判断
判断buffer中是否有多余的空间，通过if(pos >=buffer.length)来判断
理解这个思想以后，我们再分析代码
1， int sz = pos - markpos; 作用是“获取‘被标记位置’到‘buffer末尾’”的数据长度。
2，System.arraycopy(buffer, markpos, buffer, 0, sz); 作用是“将buffer中从markpos开始的数据”拷贝到buffer中(从位置0开始填充，填充长度是sz)。接着，将sz赋值给pos，即pos就是“被标记位置”到“buffer末尾”的数据长度。、
3， int n = getInIfOpen().read(buffer, pos, buffer.length - pos); 从输入流中读取出“buffer.length - pos”的数据，然后填充到buffer中。
4，通过第(02)和(03)步组合起来的buffer，就是包含了“原始buffer被标记位置到buffer末尾”的数据，也包含了“从输入流中新读取的数据”。
注意：执行过2以后吗，markpos的值由大于0变成了等于0
- 情况3，读取完buffer中的数据，buffer被标记位置=0.buffer中没有多余的空间，并且buffer.length>=marklimit。执行流程如下
执行流程如下，
(01) read() 函数中调用 fill()
(02) fill() 中的 else if (pos >= buffer.length) ...
(03) fill() 中的 else if (buffer.length >= marklimit) ...
为了方便分析，我们将这种情况下fill()执行的操作等价于以下代码：
private void fill() throws IOException {
byte[] buffer = getBufIfOpen();
if (markpos >= 0 && pos >= buffer.length) {
if ( (markpos <= 0) && (buffer.length >= marklimit) ) {
markpos = -1; /* buffer got too big, invalidate mark */
pos = 0; /* drop buffer contents */
}
}
count = pos;
int n = getInIfOpen().read(buffer, pos, buffer.length - pos);
if (n > 0)
count = n + pos;
}说明：这种情况处理非常简单，首先就是“取消标记”，即markpos = -1，然后设置初始化位置为0，即pos=0，最后再从输入流中读取下一部分数据到buffer中
- 情况4，读取完buffer中的数据，buffer被标记位置=0，buffer中没有多余的空间，并且buffer.length<marklimit
执行流程如下，
(01) read() 函数中调用 fill()
(02) fill() 中的 else if (pos >= buffer.length) ...
(03) fill() 中的 else { int nsz = pos * 2; ... }
为了方便分析，我们将这种情况下fill()执行的操作等价于以下代码：
private void fill() throws IOException {
byte[] buffer = getBufIfOpen();
if (markpos >= 0 && pos >= buffer.length) {
if ( (markpos <= 0) && (buffer.length < marklimit) ) {
int nsz = pos * 2;
if (nsz > marklimit)
nsz = marklimit;
byte nbuf[] = new byte[nsz];
System.arraycopy(buffer, 0, nbuf, 0, pos);
if (!bufUpdater.compareAndSet(this, buffer, nbuf)) {
throw new IOException("Stream closed");
}
buffer = nbuf;
}
}
count = pos;
int n = getInIfOpen().read(buffer, pos, buffer.length - pos);
if (n > 0)
count = n + pos;
}说明：
这种情况的处理非常简单。
(01) 新建一个字节数组nbuf。nbuf的大小是“pos*2”和“marklimit”中较小的那个数。
int nsz = pos * 2;
if (nsz > marklimit)
nsz = marklimit;
byte nbuf[] = new byte[nsz];(02) 接着，将buffer中的数据拷贝到新数组nbuf中。通过System.arraycopy(buffer, 0, nbuf, 0, pos)
(03) 最后，从输入流读取部分新数据到buffer中。通过getInIfOpen().read(buffer, pos, buffer.length - pos);
注意：在这里，我们思考一个问题，“为什么需要marklimit，它的存在到底有什么意义？”我们结合“情况2”、“情况3”、“情况4”的情况来分析。
假设，marklimit是无限大的，而且我们设置了markpos。当我们从输入流中每读完一部分数据并读取下一部分数据时，都需要保存markpos所标记的数据；这就意味着，我们需要不断执行情况4中的操作，要将buffer的容量扩大……随着读取次数的增多，buffer会越来越大；这会导致我们占据的内存越来越大。所以，我们需要给出一个marklimit；当buffer>=marklimit时，就不再保存markpos的值了
- 情况5：除了上面四种情况外的情况
-
执行流程如下，
(01) read() 函数中调用 fill()
(02) fill() 中的 count = pos...为了方便分析，我们将这种情况下fill()执行的操作等价于以下代码：
private void fill() throws IOException { byte[] buffer = getBufIfOpen(); count = pos; int n = getInIfOpen().read(buffer, pos, buffer.length - pos); if (n > 0) count = n + pos; }说明：这种情况的处理非常简单。直接从输入流读取部分新数据到buffer中。
示例代码
关于BufferedInputStream中API的详细用法，参考示例代码(BufferedInputStreamTest.java)：
import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.File;
import java.io.InputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.lang.SecurityException;
/**
* BufferedInputStream 测试程序
*
* @author skywang
*/
public class BufferedInputStreamTest {
private static final int LEN = 5;
public static void main(String[] args) {
testBufferedInputStream() ;
}
/**
* BufferedInputStream的API测试函数
*/
private static void testBufferedInputStream() {
// 创建BufferedInputStream字节流，内容是ArrayLetters数组
try {
File file = new File("bufferedinputstream.txt");
InputStream in =
new BufferedInputStream(
new FileInputStream(file), 512);
// 从字节流中读取5个字节。“abcde”，a对应0x61，b对应0x62，依次类推...
for (int i=0; i<LEN; i++) {
// 若能继续读取下一个字节，则读取下一个字节
if (in.available() >= 0) {
// 读取“字节流的下一个字节”
int tmp = in.read();
System.out.printf("%d : 0x%s\n", i, Integer.toHexString(tmp));
}
}
// 若“该字节流”不支持标记功能，则直接退出
if (!in.markSupported()) {
System.out.println("make not supported!");
return ;
}
// 标记“当前索引位置”，即标记第6个位置的元素--“f”
// 1024对应marklimit
in.mark(1024);
// 跳过22个字节。
in.skip(22);
// 读取5个字节
byte[] buf = new byte[LEN];
in.read(buf, 0, LEN);
// 将buf转换为String字符串。
String str1 = new String(buf);
System.out.printf("str1=%s\n", str1);
// 重置“输入流的索引”为mark()所标记的位置，即重置到“f”处。
in.reset();
// 从“重置后的字节流”中读取5个字节到buf中。即读取“fghij”
in.read(buf, 0, LEN);
// 将buf转换为String字符串。
String str2 = new String(buf);
System.out.printf("str2=%s\n", str2);
in.close();
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (SecurityException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}程序中读取的bufferedinputstream.txt的内容如下：
abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
0123456789
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ运行结果：
0 : 0x61
1 : 0x62
2 : 0x63
3 : 0x64
4 : 0x65
str1=01234
str2=fghij