[原创]java：Stream、Socket等源码分析
一、对于java启动之后的线程的说明
java在启动后会有几个特殊线程：
1、main线程，主线程
2、JVM线程，虚拟机的线程
3、GC垃圾回收线程，是个守护线程
4、EDT&Toolkit
5、在启动图形界面时会自动创建两个线程，用于接收事件之前阻塞界面
AWT-Shutdown与AWT-EventQueue-0，所以在触发按钮事件时，所有的操作都是在AWT-EventQueue-0线程中进行的，而不是在主线程中。
在AWT.setVisible之后这两个线程会开辟出来，setVisible之后的代码还是在当前线程中运行的。
二、InputStream的read操作。
int read()，如果因为已经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、检测到流末尾或者抛出异常前，此方法一直阻塞。
要使用int作为返回值也是因为返回值-1的缘故，这样就不会和byte中的-1冲突了。
那么什么时候才算流末尾呢？
不同子类read操作不同，流末尾的判别也不同。
ByteArrayInputStream：
public synchronized int read() { return (pos < count) ? (buf[pos++] & 0xff) : -1; }
因为此类是使用已有缓冲区创建的，所以在读到缓冲区结尾时即返回-1，流末尾即超过缓冲区，不存在线程阻塞。
FileInputStream：
public native int read() throws IOException;
使用其他语言实现，很大可能是使用C语言来实现的，C语言读到文件末尾会返回EOF标记，处理为-1返回给调用方。
BufferedInputStream：
因为仅仅是加了缓冲区的InputStream，所以read操作还是调用的其他InputStream类的read。
PipedInputStream：稍微复杂点
使用了两个线程，所以PipedInputStream与PipedOutputStream一定要使用两个线程来创建，否则容易阻塞当前线程。
在in<0时死循环，在连接未关闭时，只有在接收到数据时才会把in在其他线程中置为0，此时可以跳出此循环，可以继续往下执行。连接关闭时会返回-1。
public synchronized int read() throws IOException { if (!connected) { throw new IOException("Pipe not connected"); } else if (closedByReader) { throw new IOException("Pipe closed"); } else if (writeSide != null && !writeSide.isAlive() && !closedByWriter && (in < 0)) { throw new IOException("Write end dead"); } readSide = Thread.currentThread(); int trials = 2; while (in < 0) { if (closedByWriter) { /* closed by writer, return EOF */ return -1; } if ((writeSide != null) && (!writeSide.isAlive()) && (--trials < 0)) { throw new IOException("Pipe broken"); } /* might be a writer waiting */ notifyAll(); try { wait(1000); } catch (InterruptedException ex) { throw new java.io.InterruptedIOException(); } } int ret = buffer[out++] & 0xFF; if (out >= buffer.length) { out = 0; } if (in == out) { /* now empty */ in = -1; } return ret; }
三、Reader的read操作
Reader类中有一个lock对象，表示当前对象，在Reader的所有操作用都会有一句：synchronized (lock)，即锁定当前对象，所以在阻塞时，也不允许其他线程对该对象的其他任何操作，包括关闭等。
protected Reader() { this.lock = this; }
BufferedReader:
public int read(char cbuf[], int off, int len) throws IOException { synchronized (lock) { ensureOpen(); if ((off < 0) || (off > cbuf.length) || (len < 0) || ((off + len) > cbuf.length) || ((off + len) < 0)) { throw new IndexOutOfBoundsException(); } else if (len == 0) { return 0; } int n = read1(cbuf, off, len); if (n <= 0) return n; while ((n < len) && in.ready()) { int n1 = read1(cbuf, off + n, len - n); if (n1 <= 0) break; n += n1; } return n; } }
而在read1中，则是调用了fill()方法，去填充缓冲区：
private void fill() throws IOException { int dst; if (markedChar <= UNMARKED) { /* No mark */ dst = 0; } else { /* Marked */ int delta = nextChar - markedChar; if (delta >= readAheadLimit) { /* Gone past read-ahead limit: Invalidate mark */ markedChar = INVALIDATED; readAheadLimit = 0; dst = 0; } else { if (readAheadLimit <= cb.length) { /* Shuffle in the current buffer */ System.arraycopy(cb, markedChar, cb, 0, delta); markedChar = 0; dst = delta; } else { /* Reallocate buffer to accommodate read-ahead limit */ char ncb[] = new char[readAheadLimit]; System.arraycopy(cb, markedChar, ncb, 0, delta); cb = ncb; markedChar = 0; dst = delta; } nextChar = nChars = delta; } } int n; do { n = in.read(cb, dst, cb.length - dst); } while (n == 0); if (n > 0) { nChars = dst + n; nextChar = dst; } }
可以看到在n==0时，do会死循环，也就是说，在未从流中读到数据时，此线程会通过死循环阻塞。在流中读到0个字节的数据与读到-1是不同的，-1表示流结尾。
readLine方法中：
String readLine(boolean ignoreLF) throws IOException { StringBuffer s = null; int startChar; synchronized (lock) { ensureOpen(); boolean omitLF = ignoreLF || skipLF; bufferLoop: for (;;) { if (nextChar >= nChars) fill(); if (nextChar >= nChars) { /* EOF */ if (s != null && s.length() > 0) return s.toString(); else return null; } boolean eol = false; char c = 0; int i; /* Skip a leftover '\n', if necessary */ if (omitLF && (cb[nextChar] == '\n')) nextChar++; skipLF = false; omitLF = false; charLoop: for (i = nextChar; i < nChars; i++) { c = cb[i]; if ((c == '\n') || (c == '\r')) { eol = true; break charLoop; } } startChar = nextChar; nextChar = i; if (eol) { String str; if (s == null) { str = new String(cb, startChar, i - startChar); } else { s.append(cb, startChar, i - startChar); str = s.toString(); } nextChar++; if (c == '\r') { skipLF = true; } return str; } if (s == null) s = new StringBuffer(defaultExpectedLineLength); s.append(cb, startChar, i - startChar); } } }
同样是调用了fill()，不同的是readLine在未读到/r与/n之前都会一直阻塞。
CharArrayReader：
直接通过现有缓冲区读数据，不存在阻塞等问题。
InputStreamReader：
使用StreamDecoder进行read。
PipedReader：
同样是使用两个线程进行操作，同PipedInputStream。
public synchronized int read(char cbuf[], int off, int len) throws IOException { if (!connected) { throw new IOException("Pipe not connected"); } else if (closedByReader) { throw new IOException("Pipe closed"); } else if (writeSide != null && !writeSide.isAlive() && !closedByWriter && (in < 0)) { throw new IOException("Write end dead"); } if ((off < 0) || (off > cbuf.length) || (len < 0) || ((off + len) > cbuf.length) || ((off + len) < 0)) { throw new IndexOutOfBoundsException(); } else if (len == 0) { return 0; } /* possibly wait on the first character */ int c = read(); if (c < 0) { return -1; } cbuf[off] = (char)c; int rlen = 1; while ((in >= 0) && (--len > 0)) { cbuf[off + rlen] = buffer[out++]; rlen++; if (out >= buffer.length) { out = 0; } if (in == out) { /* now empty */ in = -1; } } return rlen; }
StringReader：
使用现有字符串进行操作，所以也不存在阻塞。
public int read(char cbuf[], int off, int len) throws IOException { synchronized (lock) { ensureOpen(); if ((off < 0) || (off > cbuf.length) || (len < 0) || ((off + len) > cbuf.length) || ((off + len) < 0)) { throw new IndexOutOfBoundsException(); } else if (len == 0) { return 0; } if (next >= length) return -1; int n = Math.min(length - next, len); str.getChars(next, next + n, cbuf, off); next += n; return n; } }
因为上边这些都是通过while死循环来进行锁死的，所以在使用到这些的时候建议放在一个单独的线程中，以免影响程序正常运行。
四、DatagramSocket的receive与send
receive方法在接收到数据报前一直阻塞。
public synchronized void receive(DatagramPacket p) throws IOException { synchronized (p) { if (!isBound()) bind(new InetSocketAddress(0)); if (connectState == ST_NOT_CONNECTED) { SecurityManager security = System.getSecurityManager(); …… …… } if (connectState == ST_CONNECTED_NO_IMPL) { boolean stop = false; …… …… } getImpl().receive(p); } }
两个锁，一个锁当前对象，一个锁DatagramPacket。阻塞线程的操作是交给getImpl().receive(p)来进行的。
对于send()方法：
public void send(DatagramPacket p) throws IOException { InetAddress packetAddress = null; synchronized (p) {
只锁了DatagramPacket，所以在不使用同一个DatagramPacket来发送和接收数据的情况下，可以使用同一个DatagramSocket对象在不同线程中进行发送和接收操作。
