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标题: 【上海校区】Java8 I/O源码-DataInputStream与DataOutputStream [打印本页]

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作者: 不二晨    时间: 2018-9-7 10:15
标题: 【上海校区】Java8 I/O源码-DataInputStream与DataOutputStream

DataInputStream为数据输入流，它允许应用程序以与机器无关方式从底层输入流中读取基本Java数据类型。
DataOutputStream为数据输出流，它允许应用程序以适当方式将基本 Java数据类型写入输出流中。

阅读源码需要复习一些基础知识，比如基本数据类型、位移运算、&xFF操作。

先来复习下基本数据类型各有多少位。

基本数据类型

byte

short

int

long

float

double

boolean

char

位

8

16

32

64

32

64

1

16

再来复习下位移运算符中的<<和>>>。

<<表示左移运算符，是将运算符左边的对象，向左移动运算符右边指定的位数，并且在低位补零。其实，向左移n 位，就相当于乘上2 的n 次方。

如，20 < 2；20的二进制为 0001 0100，右移2位后为 0010 1000，则结果就为 40；

>>>表示无符号右移，也叫逻辑右移。即若该数为正，则高位补0，而若该数为负数，则右移后高位同样补0。

如，20 >>> 2；20的二进制为 0001 0100，右移2位后为 0000 0101，则结果就为 5；
而-20 >> 2；-20的二进制为 1110 1011，右移2位，此时高位补0，即 0011 1010，结果为58；

最后复习下&xFF操作代表什么含义。

取低8位。0xFF是二进制的 1111 1111，那么0000 1010 0101 0101&1111 1111就能取到0000 1010 0101 0101的低8位。

DataInputStream

下面来看下DataInputStream的源码。

/** * DataInput接口用于从二进制流中读取字节，并根据所有Java基本类型数据进行重构。 * 同时还提供根据UTF-8修改版格式的数据重构String的工具。 */public class DataInputStream extends FilterInputStream implements DataInput {    /**     * 构造方法之一     * 使用特定的输出流创建DataInputStream     */    public DataInputStream(InputStream in) {        super(in);    }    /**     * readUTF()使用的数组     */    private byte bytearr[] = new byte[80];    private char chararr[] = new char[80];    /**     * 从输入流中读取b.length个数据保存到byte数组b中。     * 实际读取的字节数以整数的形式返回。     * 在输入数据可用、检测到文件末尾、或抛出异常之前，该方法一直阻塞。     * 如果b为null，会抛出NullPointerException。     * 如果b长度为0，不会读取数据，方法返回值为0；否则会尝试读取至少一个字节。     * 如果因为流在文件末尾导致没有字节可用，将返回-1；否则至少会读取一个字节并保存到b中。     *     * 第一个字节保存到b[0]，下一个字节保存到b[1]，以此类推。     * 读取的字节数最大等于b的长度。     *     * 此方法等价于read(b, 0, b.length)     *     * @param      b   存储读取数据的byte数组     * @return     实际读取的字节数, 如果因为到达流末尾导致没有数据，返回-1。     * @exception  IOException 如果不是因为流位于文件末尾而无法读取第一个字节；该流已关闭并且底层输入流在关闭后不支持读取操作；发生其他 I/O错误。     */    public final int read(byte b[]) throws IOException {        return in.read(b, 0, b.length);    }    /**     * 从包含的输入流中将最多len个字节读入一个byte数组中。     * 尽量读取len个字节，但读取的字节数可能少于len个，也可能为零。     * 以整数形式返回实际读取的字节数。     * 在输入数据可用、检测到文件末尾或抛出异常之前，此方法将阻塞。     *      * 如果len为零，则不读取任何字节并返回0；     * 否则，尝试读取至少一个字节。如果因为流位于文件未尾而没有字节可用，则返回值-1；     * 否则，至少读取一个字节并将其存储到b中。     *     * @param      b     存储读取数据的缓冲区。     * @param off  目标数组 b 中的起始偏移量     * @param      len   读取的最大字节数。     * @return     读入缓冲区的字节总数；如果因为已经到达流末尾而没有更多的数据，则返回-1。     * @exception  NullPointerException 如果b为null。     * @exception  IndexOutOfBoundsException  如果off为负， len为负，或者len大于b.length-off     * @exception  IOException 如果不是因为流位于文件末尾而无法读取第一个字节；该流已关闭并且底层输入流在关闭后不支持读取操作；发生其他I/O      */    public final int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {        return in.read(b, off, len);    }    /**     * 参考DataInput.readFully()的介绍。     *      * 以下是DataInput.readFully()的介绍。     * 从输入流中读取一些字节，并将它们存储在缓冲区数组b中。读取的字节数等于b的长度。     *      * 该方法的执行结果有三种：     * 1.输入数据的 len 个字节是可用的，在这种情况下，正常返回。     * 2.检测到文件末尾，在这种情况下，抛出 EOFException。     * 3.如果发生 I/O 错误，在这种情况下，将抛出 IOException，而不是 EOFException。     *      * 如果b为null，则抛出NullPointerException。     * 如果off为负，或len为负，或者off+len大于数组b的长度，则抛出IndexOutOfBoundsException。     * 如果len为零，则不读取字节。     * 否则，将读取的第一个字节存储到元素b[off]中，下一个字节存储到 b[off+1]中，     * 依此类推。读取的字节数至多等于b[0]。     *      * @param      b  存储读取数据的缓冲区。     * @exception  EOFException  如果此输入流在读取所有字节之前到达末尾。     * @exception  IOException   该流已关闭并且包含的输入流在关闭后不支持读取操作，或者发生其他 I/O 错误。     */    public final void readFully(byte b[]) throws IOException {        readFully(b, 0, b.length);    }    /**     * 参考readFully(byte b[])     *     * @param      b     存储读取数据的缓冲区。     * @param      off   指定数据中的偏移量     * @param      len   指定读取的字节数     * @exception  EOFException  如果此流在读取所有字节之前到达末尾。     * @exception  IOException 该流已关闭并且包含的输入流在关闭后不支持读取操作，或者发生其他I/O错误。     */    public final void readFully(byte b[], int off, int len) throws IOException {        //如果参数不合法，抛出异常        if (len < 0)            throw new IndexOutOfBoundsException();        int n = 0;        //读取字节，直到读取了len个字节        while (n < len) {            int count = in.read(b, off + n, len - n);            //如果此流在读取所有字节之前到达末尾，抛出异常            if (count < 0)                throw new EOFException();            n += count;        }    }    /**     * 参考DataInput.skipBytes()的介绍。     *      * 以下是DataInput.skipBytes()的介绍：     * 试图在输入流中跳过数据的n个字节，并丢弃跳过的字节。     * 不过，可以跳过更少的字节数，该字节数甚至可以为零。     * 这可能由很多情况引起；在已经跳过n个字节前到达文件末尾只是其中的一种可能。此方法从不抛出EOFException。返回实际跳过的字节数。     *     * @param      n  要跳过的字节数     * @return     实际跳过的字节数。     * @exception  IOException 如果包含的输入流不支持查找操作；该流已关闭并且包含的输入流在关闭后不支持读取操作；发生其他I/O错误。     */    public final int skipBytes(int n) throws IOException {        //实际跳过的字节数        int total = 0;        //每次跳过的字节数        int cur = 0;        //如果还没有跳过n个字节，且还没有到达文件末尾，就继续向下跳        while ((total<n) && ((cur = (int) in.skip(n-total)) > 0)) {            //累加每次跳过的字节数            total += cur;        }        //返回实际跳过的字节数        return total;    }    /**     * 参考DataInput.readBoolean()     *      * 以下是DataInput.readBoolean()的介绍：     *      * 从输入流中读取一个输入字节，如果该字节不是零，则返回true；     * 如果是零，则返回false。此方法适用于读取用接口DataOutput的 writeBoolean方法写入的字节。     *     * @return     如果读取的字节不是零，则返回true；如果是零，则返回false     * @exception  EOFException 如果此输入流已经到达末尾。     * @exception  IOException  该流已关闭并且包含的输入流在关闭后不支持读取操作，或者发生另其他I/O错误。     */    public final boolean readBoolean() throws IOException {        //从输入流中读取一个字节        int ch = in.read();        //如果达到输入流末尾，抛出异常        if (ch < 0)            throw new EOFException();        //如果读取的字节不是零，则返回true；如果是零，则返回false        return (ch != 0);    }    /**     * 参考DataInput.readByte方法的介绍。     *      * 以下是DataInput.readByte方法的介绍：     *      * 从输入流中读取并返回一个输入字节。     */    public final byte readByte() throws IOException {        int ch = in.read();        if (ch < 0)            throw new EOFException();        return (byte)(ch);    }    /**     * 参考DataInput.readUnsignedByte方法的介绍     *      * 下面是DataInput.readUnsignedByte方法的介绍：     *      * 读取一个输入字节，将它左侧补零转变为int类型，并返回结果，所以结果的范围是0到255     */    public final int readUnsignedByte() throws IOException {        int ch = in.read();        if (ch < 0)            throw new EOFException();        return ch;    }    /**     * 读取两个输入字节并返回一个short值。设ch1为第一个读取字节，ch2为第二个读取字节。     * 返回的值是：(short)((ch1 << 8) + (ch2 << 0))     *      * 如ch1为0010 0010，ch2为0001 1001，那么ch1<<8为0010 0010 0000 0000，ch2<<0不变，这样(ch1 << 8) + (ch2 << 0)就拼接成了一个完成的值。     *     * @return 读取此输入流的两个字节，将它们解释为一个有符号16位数     */    public final short readShort() throws IOException {        int ch1 = in.read();        int ch2 = in.read();        if ((ch1 | ch2) < 0)            throw new EOFException();        return (short)((ch1 << 8) + (ch2 << 0));    }    /**     * 参考readShort方法。     * 问：readUnsignedShort方法与readShort方法代码完全相同，如何保证readUnsignedShort是无符号的？     *      * @return     此输入流的下两个字节，将它们解释为一个无符号16位整数。     */    public final int readUnsignedShort() throws IOException {        int ch1 = in.read();        int ch2 = in.read();        if ((ch1 | ch2) < 0)            throw new EOFException();        return (ch1 << 8) + (ch2 << 0);    }    /**     * 参考readShort方法。     */    public final char readChar() throws IOException {        int ch1 = in.read();        int ch2 = in.read();        if ((ch1 | ch2) < 0)            throw new EOFException();        return (char)((ch1 << 8) + (ch2 << 0));    }    /**     * 参考readShort方法。     */    public final int readInt() throws IOException {        int ch1 = in.read();        int ch2 = in.read();        int ch3 = in.read();        int ch4 = in.read();        if ((ch1 | ch2 | ch3 | ch4) < 0)            throw new EOFException();        return ((ch1 << 24) + (ch2 << 16) + (ch3 << 8) + (ch4 << 0));    }    private byte readBuffer[] = new byte[8];    /**     * 参考readShort方法。     */    public final long readLong() throws IOException {        readFully(readBuffer, 0, 8);        return (((long)readBuffer[0] << 56) +                ((long)(readBuffer[1] & 255) << 48) +                ((long)(readBuffer[2] & 255) << 40) +                ((long)(readBuffer[3] & 255) << 32) +                ((long)(readBuffer[4] & 255) << 24) +                ((readBuffer[5] & 255) << 16) +                ((readBuffer[6] & 255) <<  8) +                ((readBuffer[7] & 255) <<  0));    }    /**     * 参考DataInput.readFloat方法的介绍     *      * 下面是对DataInput.readFloat方法的介绍     * 读取四个输入字节并返回一个float值。     * 实现这一点的方法是：先使用与readInt方法完全相同的方式构造一个int值，然后使用与Float.intBitsToFloat方法完全相同的方式将此int值转换成一个float值。     */    public final float readFloat() throws IOException {        return Float.intBitsToFloat(readInt());    }    /**     * 参考对DataInput.readDouble方法的介绍     *      * 下面是对DataInput.readDouble方法的介绍     * 读取八个输入字节并返回一个double值。     * 实现这一点的方法是：先使用与readlong方法完全相同的方式构造一个long值，     * 然后使用与Double.longBitsToDouble方法完全相同的方式将此long值转换成一个double值。     */    public final double readDouble() throws IOException {        return Double.longBitsToDouble(readLong());    }    private char lineBuffer[];    /**     * 参考对DataInput.readLine方法的介绍     *      * 下面是对DataInput.readLine方法的介绍     * 从输入流中读取下一文本行。     * 该方法读取连续的字节，将每个字节分别转换成一个字符，直到遇到行结尾符或到达末尾；然后以 String 形式返回读取的字符。     */    @Deprecated    public final String readLine() throws IOException {        //该方法已不建议使用，省略    }    /**     * 参考对DataInput.readUTF方法的介绍。     *      * 下面是对DataInput.readUTF方法的介绍：     * 读入一个已使用UTF-8修改版格式编码的字符串。     * readUTF的常规协定是：该方法读取使用UTF-8修改版格式编码的 Unicode字符串的表示形式；     * 然后以String的形式返回此字符串。     *     * @return     一个Unicode字符串     * @exception  EOFException 如果此输入流在读取所有字节之前到达末尾。     * @exception  IOException 该流已关闭并且包含的输入流在关闭后不支持读取操作，或者发生其他I/O错误。     * @exception  UTFDataFormatException 如果这些字节不表示一个有效的、UTF-8修改版编码的Unicode字符串。     */    public final String readUTF() throws IOException {        return readUTF(this);    }    /**     * 从输入流in中读取用UTF-8修改版格式编码的Unicode字符格式的字符串；然后以String形式返回此字符串。     *      * @param in 数据输入流     */    public final static String readUTF(DataInput in) throws IOException {    //待补充}

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思考

• readUnsignedShort方法与readShort方法代码完全相同，如何保证readUnsignedShort是无符号的？
  

DataOutputStream/** * DataOutput接口用于将数据从任意Java基本类型转换为一系列字节，并将这些字节写入二进制流。同时还提供了一个将String转换成UTF-8修改版格式并写入所得到的系列字节的工具。 */public class DataOutputStream extends FilterOutputStream implements DataOutput {    /**     * 到目前为止写入到输出流中的字节数     * 最大值为Integer.MAX_VALUE     */    protected int written;    /**     * writeUTF方法使用的字节数组     */    private byte[] bytearr = null;    /**     * 创建一个新的数据输出流     * written初始值为0     */    public DataOutputStream(OutputStream out) {        super(out);    }    /**     * 增加wirtten的值。最大值为Integer.MAX_VALUE     */    private void incCount(int value) {        int temp = written + value;        //int允许的最大值为Integer.MAX_VALUE，即2147483647，2147483647+1即为负数        if (temp < 0) {            temp = Integer.MAX_VALUE;        }        written = temp;    }    /**     * 将指定字节（参数b的八个低位）写入基础输出流。     */    public synchronized void write(int b) throws IOException {        out.write(b);        //如果没有抛出异常，则计数器written增加 1。        incCount(1);    }    /**     * 将指定byte数组中从偏移量off开始的len个字节写入基础输出流。     * 如果没有抛出异常，则计数器written增加len。     */    public synchronized void write(byte b[], int off, int len)        throws IOException    {        out.write(b, off, len);        incCount(len);    }    /**     * 清空此数据输出流。     * 这迫使所有缓冲的输出字节被写出到流中。     */    public void flush() throws IOException {        out.flush();    }    /**     * 将一个boolean值以1-byte值形式写入基础输出流。     * 值true以值(byte)1的形式被写出；值false以值(byte)0的形式被写出。     * 如果没有抛出异常，则计数器written增加 1。     */    public final void writeBoolean(boolean v) throws IOException {        out.write(v ? 1 : 0);        incCount(1);    }    /**     * 将一个byte值以1-byte值形式写出到基础输出流中。     * 如果没有抛出异常，则计数器written增加1。     */    public final void writeByte(int v) throws IOException {        out.write(v);        incCount(1);    }    /**     * 将一个short值以2-byte值形式写入基础输出流中，先写入高字节。     * 如果没有抛出异常，则计数器written增加2（注：因为short是16位的，占两个字节，所以要加2）。     *      * v >>> 8，如v为0010 0011 0000 1111，那么右移8位后为0010 0011     * 再& 0xFF，结果还是0010 0011，这样就取到了v的高8位。     *      * v >>> 0，结果是0010 0011 0000 1111，再& 0xFF，结果是0000 1111，这样就取到了低8位。     *      * 现在的问题是，传入的参数v是二进制的吗？     */    public final void writeShort(int v) throws IOException {        out.write((v >>> 8) & 0xFF);        out.write((v >>> 0) & 0xFF);        incCount(2);    }    /**     * 将一个char值以2-byte值形式写入基础输出流中，先写入高字节。     * 如果没有抛出异常，则计数器written增加2。（注：注：因为char是16位的）     *      * 参考writeShort()中关于(v >>> 8) & 0xFF的介绍。     */    public final void writeChar(int v) throws IOException {        out.write((v >>> 8) & 0xFF);        out.write((v >>> 0) & 0xFF);        incCount(2);    }    /**     * 将一个int值以4-byte值形式写入基础输出流中，先写入高字节。     * 如果没有抛出异常，则计数器written增加4。（注：int为32位的）     *      * 参考writeShort()中关于(v >>> 8) & 0xFF的介绍。     */    public final void writeInt(int v) throws IOException {        out.write((v >>> 24) & 0xFF);        out.write((v >>> 16) & 0xFF);        out.write((v >>>  8) & 0xFF);        out.write((v >>>  0) & 0xFF);        incCount(4);    }    private byte writeBuffer[] = new byte[8];    /**     * 将一个long值以8-byte值形式写入基础输出流中，先写入高字节。     * 如果没有抛出异常，则计数器written增加8。（注：long是64位的）     *      * 参考writeShort()中关于(v >>> 8) & 0xFF的介绍。     */    public final void writeLong(long v) throws IOException {        writeBuffer[0] = (byte)(v >>> 56);        writeBuffer[1] = (byte)(v >>> 48);        writeBuffer[2] = (byte)(v >>> 40);        writeBuffer[3] = (byte)(v >>> 32);        writeBuffer[4] = (byte)(v >>> 24);        writeBuffer[5] = (byte)(v >>> 16);        writeBuffer[6] = (byte)(v >>>  8);        writeBuffer[7] = (byte)(v >>>  0);        out.write(writeBuffer, 0, 8);        incCount(8);    }    /**     * 使用Float类中的floatToIntBits方法将float参数转换为一个int值，     * 然后将该int值以4-byte值形式写入基础输出流中，先写入高字节。     * 如果没有抛出异常，则计数器written增加4。（注：float是32位的）     */    public final void writeFloat(float v) throws IOException {        writeInt(Float.floatToIntBits(v));    }    /**     * 使用Double类中的doubleToLongBits方法将double参数转换为一个long值，     * 然后将该long值以8-byte值形式写入基础输出流中，先写入高字节。     * 如果没有抛出异常，则计数器written增加8。（注：double是64位的）     */    public final void writeDouble(double v) throws IOException {        writeLong(Double.doubleToLongBits(v));    }    /**     * 将字符串按字节顺序写出到基础输出流中。     * 按顺序写出字符串中每个字符，丢弃其八个高位。     * 如果没有抛出异常，则计数器written增加s的长度。     *      * ？？？不懂为什么这样做。     */    public final void writeBytes(String s) throws IOException {        int len = s.length();        for (int i = 0 ; i < len ; i++) {            out.write((byte)s.charAt(i));        }        incCount(len);    }    /**     * 将字符串按字符顺序写入基础输出流。     * 通过writeChar方法将每个字符写入数据输出流。     * 如果没有抛出异常，则计数器written增加s长度的两倍。（注：字节数/2=字符串长度=字符个数）     *      * 参考writeShort()中关于(v >>> 8) & 0xFF的介绍。     */    public final void writeChars(String s) throws IOException {        int len = s.length();        for (int i = 0 ; i < len ; i++) {            int v = s.charAt(i);            out.write((v >>> 8) & 0xFF);            out.write((v >>> 0) & 0xFF);        }        incCount(len * 2);    }    /**     * 以与机器无关方式使用UTF-8修改版编码将一个字符串写入基础输出流。     */    public final void writeUTF(String str) throws IOException {        writeUTF(str, this);    }    /**     * 待补充     */    static int writeUTF(String str, DataOutput out) throws IOException {        //待补充    }    /**     * 返回written的当前值，即到目前为止写入此数据输出流的字节数。最大值为Integer.MAX_VALUE。     */    public final int size() {        return written;    }}

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思考

• writeBytes的实现为什么是那样？
  

demoimport java.io.DataInputStream;import java.io.DataOutputStream;import java.io.File;import java.io.FileInputStream;import java.io.FileOutputStream;import java.io.IOException;/** * DataInputStream 和 DataOutputStream测试类 */public class DataInputStreamTest {    public static void main(String[] args) {        testDataOutputStream();        testDataInputStream();    }    /**     * DataOutputStream的API测试函数     */    private static void testDataOutputStream() {        try {            File file = new File("dataOutputStream.txt");            DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream(file));            out.writeBoolean(true);            out.writeByte(122);            out.writeChar('b');            out.writeShort(123);            out.writeInt(1111);            out.writeLong(1233442L);            out.writeUTF("DataOutputStream");            out.close();        } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();        }    }    /**     * DataInputStream的API测试函数     */    private static void testDataInputStream() {        try {            File file = new File("dataOutputStream.txt");            DataInputStream in = new DataInputStream(new FileInputStream(file));            System.out.printf("readBoolean():%s\n", in.readBoolean());            System.out.printf("readByte():%s\n", in.readByte());            System.out.printf("readChar():%s\n", in.readChar());            System.out.printf("readShort():%s\n", in.readShort());            System.out.printf("readInt():%s\n", in.readInt());            System.out.printf("readLong():%s\n", in.readLong());            System.out.printf("readUTF():%s\n", in.readUTF());            in.close();        } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();        }    }}

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执行main方法后，控制台会打印出

readBoolean():truereadByte():122readChar():breadShort():123readInt():1111readLong():1233442readUTF():DataOutputStream

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总结

• DataInputStream提供了一系列从二进制流中读取字节，并根据所有Java基本类型数据进行重构的readXXXX方法。同时还提供根据UTF-8修改版格式的数据重构String的工具，即readUTF方法。
• DataOutputStream提供了一系列将数据从任意Java基本类型转换为一系列字节，并将这些字节写入二进制流的writeXXXX方法。同时还提供了一个将String转换成UTF-8修改版格式并写入所得到的系列字节的工具，即writeUTF方法。
  

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作者: 不二晨    时间: 2018-9-13 16:07

很不错，受教了

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