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0. 概述

• 我们知道，Java 中的关于 ‘流’（Stream）的 API 分为两类，即 字节流 和 字符流，其中字符流是字节流解码后的形式，而字节流是字符流编码后的形式，字节流也是计算机内部的存储形式。所以一切从字节流开始。
• 这里说一下 BufferedInputStream，它的类继承层次如下：
  
  其中，过滤器流（FilterInputStream）是一个抽象类，它希望它的子类使用一个 InputStream 类型的对象实例初始化它，并且其子类可以通过覆盖父类方法为流提供额外的功能，这也是设计 FilterInputStream 这个抽象类的目的。
• 下面是一个简单的示例：

public class Temp {
   	public static void main(String[] args) throws IOException {
   		String fileName = "data.txt";		File file = new File(fileName);		FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(file);		// 缓冲输入流		BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(fileInputStream);		// do something		// ...		// close stream		bufferedInputStream.close();	}}

通过 FileInputStream 示例对象，来构造一个 BufferedInputStream 对象，从而为 fileInputStream 对象提供额外的缓冲功能。其中 fileInputStream 为原始的字节流，它原生实现了 InputStream 接口，而 bufferedInputStream 是基于 fileInputStream ，通过覆盖它的方法从而添加额外的功能，而底层的流操作还是委托给了 fileInputStream 。这里有个问题，即 这里的变量 fileInputStream 和 bufferedInputStream，其中 bufferedInputStream 内部保存了对 fileInputStream 的引用，它们本质都是操作同一个流对象，只是 bufferedInputStream 提供了额外的功能，如果在程序中混合使用这两个对象，则可能造成混乱（特别是分别通过这两个对象进行读取操作的情况）。

示例：

import java.io.BufferedInputStream;import java.io.ByteArrayInputStream;import java.io.IOException;public class Temp {
   	public static void main(String[] args) throws IOException {
   		byte[] bytes = {
   'A', 'B'};		ByteArrayInputStream is = new ByteArrayInputStream(bytes);		BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(is);		int a = is.read(); // 1. 通过 is 读取		int b = bis.read(); // 2. 通过 bis 读取		System.out.println("" + (char)a + (char)b); // 两次读取操作的集合组成完整的数据	}}

程序中，两次读取操作的集合才能组成完整的原始数据。

如果不需要使用底层的或中间的流对象提供的特定操作，则可以将多个流对象的创建嵌套在一起，使得最终只产生一个对末端流对象的引用，这样便可以避免混乱。修改代码如下：

import java.io.BufferedInputStream;import java.io.ByteArrayInputStream;import java.io.IOException;public class Temp {
   	public static void main(String[] args) throws IOException {
   		byte[] bytes = {
   'A', 'B'};		BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new ByteArrayInputStream(bytes));		System.out.println("" + (char)bis.read() + (char)bis.read());	}}

本文开头的示例程序，也可以修改为：

import java.io.BufferedInputStream;import java.io.File;import java.io.FileInputStream;import java.io.IOException;public class Temp {
   	public static void main(String[] args) throws IOException {
   		String fileName = "data.txt";		// 缓冲输入流		BufferedInputStream bufferedInputStream = 				new BufferedInputStream(new FileInputStream(new File(fileName)));		// do something		// ...		// close stream		bufferedInputStream.close();	}}

1. BufferedInputStream 类的实现

• 来看看 BufferedInputStream 类的内部实现，我认为该类内部定义的几个变量对于理解该类的行为来说非常重要：
  1. 首先，pos 变量，该变量表示内部数组中下一次 read 操作时 ‘读取位置’ 的下标，即 下一次读取操作的起始位置，而其有效值为 ‘0 到 数组长度’ 即 区间 [0, 数组长度]。
  2. count 变量，该变量的取值为： ‘内部缓存区数组的最后一个有效字节的下标’ + 1，也就是说，count 是有效数组元素的边界，其自身便是下一次写操作的起始位置。当 pos = count 时，则表示 pos 指向了一个无效的读取位置，这时缓存区中没有数据可供读取，所以需要从底层流中读取数据了。
  3. 注意，该缓存区的实现中，不会出现 count > pos 的情况 即 count 在 pos 的左边（写操作在读操作的左边，即写操作快于读操作），这可能是因为其支持 mark 标记，这样对缓冲区的写操作始终在读操作的右边进行，使得实现更为简单。
  4. 下面是使用 BufferedInputStream 的一个示例：

import java.io.BufferedInputStream;import java.io.ByteArrayInputStream;import java.io.IOException;public class Temp {
   	public static void main(String[] args) throws IOException {
   		// 生产字节，用于读取		int bytes_num = 10;		byte[] bytes = new byte[bytes_num];		for(int i = 0;i < bytes_num;i++) {
   			bytes[i] = (byte)(i + 1);		}		// 指定缓冲区大小为 5		BufferedInputStream is = new BufferedInputStream(new ByteArrayInputStream(bytes), 5);		// 在 pos 为 0 的位置 mark，且 marklimit = 5 = 缓冲区长度		is.mark(5);		// 连续读取 5 次，最后 pos = count = 5 = 缓冲区长度		for(int i = 0;i < 5;i++) {
   			is.read();		}		// 当再次读取时，前面标记的 mark 位置，将被失效		is.read(); // 读取了数值 6		// 想要回到起始位置，再次进行读取时，reset 方法抛出异常		try {
   			is.reset();		} catch (IOException e) {
   			e.printStackTrace();		}		System.out.println(is.read()); // 打印结果为：7。“回不去了”	}}

运行结果（reset 方法抛出异常）：

java.io.IOException: Resetting to invalid mark	at java.io.BufferedInputStream.reset(BufferedInputStream.java:448)	at com.willhonor.test.network.Temp.main(Temp.java:28)7			// 打印语句输出。“回不去了”

当然，上面的示例是我有意构造的，但是在实际使用中并不是不可能出现，示例中，在第一次读取之前先 mark 当前位置，并且 mark 长度 等于 内部缓存数组的长度（其实这个需求也很简单：在之后的任何时间点都可能需要回到起始位置再次进行读取，所以在读取之前先 mark 当前位置），随后连续读取一个字节，直到读取第 6 个字节后，想要再次回到起始位置，此时调用 reset 方法报告异常（注意，此时底层流中是有数据的，只是 BufferedInputStream 提供的缓存机制报告异常），BufferedInputStream 并没有着急扩大缓存区，而是将 mark 标记失效掉了，将 pos 和 count 重置为 0，导致丢弃当前所有已缓存数据（代码中给出的注释是“buffer got too big, so invalidate mark and drop buffer contents”）。

可以通过调整 mark 的参数，来避免上述的缓存数据丢失，而且直接导致 BufferedInputStream 扩大缓存区，示例代码如下（仅仅修改了 mark 函数的参数值）：

import java.io.BufferedInputStream;import java.io.ByteArrayInputStream;import java.io.IOException;public class Temp {
   	public static void main(String[] args) throws IOException {
   		// 生产字节，用于读取		int bytes_num = 10;		byte[] bytes = new byte[bytes_num];		for(int i = 0;i < bytes_num;i++) {
   			bytes[i] = (byte)(i + 1);		}		// 指定缓冲区大小为 5		int buf_size = 5;		BufferedInputStream is = new BufferedInputStream(new ByteArrayInputStream(bytes), buf_size);		// 在 pos 为 0 的位置 mark，且 marklimit = （1.5 * 缓冲区长度）		is.mark(Math.round(buf_size * 1.5f));		// 连续读取 5 次		for(int i = 0;i < buf_size;i++) {
   			is.read();		}		// 		is.read();		// 回到起始位置再次读取		try {
   			is.reset();					} catch (IOException e) {
   			e.printStackTrace();		}		System.out.println(is.read()); // 打印结果为：1。“回到过去，试着让故事继续...”	}}

运行结果为：

1		// 打印语句输出。“回到过去，试着让故事继续...”

将 mark 的参数设置为 当前数组长度的 1.5 倍，也会导致随后缓存区数组长度扩大为原来的 1.5 倍（注意数组的最大扩大倍数为 2），且已标记的缓存数据并不会被丢失。当数组长度被扩大一次后，如果一直需要达到上述的 mark 效果，必须在执行读取操作之前再次调用 mark， 参数计算方式不变，但是其中数组的长度必须更新为当前扩大后的数组长度，可是 BufferedInputStream 并没有提供获取内部缓存区数组长度的方法，所以这一点必须自己来做，那就将数组的长度记录下来呗。

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刚刚在看 Buffer 类，其中的思想与 BufferedInputStream 类一致！Buffer 类的 API 文档介绍如下：

• A buffer is a linear, finite sequence of elements of a specific primitive type. Aside from its content, the essential properties of a buffer are its capacity, limit, and position:
  1. A buffer’s capacity is the number of elements it contains.
     The capacity of a buffer is never negative and never changes.
  2. A buffer’s limit is the index of the first element that should not be read or written. A buffer’s limit is never negative and is never greater than its capacity.
  3. A buffer’s position is the index of the next element to be read or written. A buffer’s position is never negative and is never greater than its limit.
• 其中的 capacity 对应 BufferedInputStream 中的数组 buf 的 length
• limit 对应 BufferedInputStream 中的 count 变量
• position 对应 BufferedInputStream 中的 pos 变量

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