JDK1.0-缓冲流
IO流里面经常用到的就是装饰器模式，也就是常说的封装。装饰器模式就是在原有的基础上增加功能。
* java.io.BufferedInputStream与java.io.BufferedOutputStream可以为InputStream,OutputStream类增加缓冲区功能。构建BufferedInputStream实例时，需要给定一个InputStream类型的实例，实现BufferedInputStream时，实际上最后是实现InputStream实例。同样，构建BufferedOutputStream时，也需要给定一个OutputStream实例，实现BufferedOutputStream时，实际上最后是实现OutputStream实例。
* BufferedInputStream继承与FilterInputStream，FilterInputStream通过装饰器模式将InputStream封装至内部的一个成员变量，BufferedInputStream的数据成员buf是一个位数组，默认为2048字节。当读取数据来源时，例如文件，BufferedInputStream会尽量将buf填满(读的比要求读的要多的多)。当使用read()方法时，实际上是先读取buf中的数据，而不是直接对数据来源作读取。当buf中的数据不足时，BufferedInputStream才会再实现给定的InputStream对象的read()方法，从指定的装置中提取数据。
* BufferedOutputStream的数据成员buf也是一个位数组，默认为512字节。当使用write()方法写入数据时实际上会先将数据写到buf中，当buf已满时才会实现给定的OutputStream对象的write()方法，将buf数据写到目的地，而不是每次都对目的地作写入的动作。为了确保缓冲区中的数据一定被写出至目的地，建议最后执行flush()将缓冲区中的数据全部写出目的流中。
它们的设计都是为了减少了磁盘IO。
BufferedInputStream源码分析
BufferedInputStream的成员变量：
private static int defaultBufferSize = 8192 //该变量定义了默认的缓冲大小 protected volatile byte buf[]; //缓冲数组，注意该成员变量同样使用了volatile关键字进行修饰，作用为在多线程环境中，当对该变量引用进行修改时保证了内存的可见性。 private static final AtomicReferenceFieldUpdater<BufferedInputStream, byte[]> bufUpdater = AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(BufferedInputStream.class, byte[].class, "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。 protected int count;//该成员变量表示目前缓冲区域中有多少有效的字节。 protected int pos;//该成员变量表示了当前缓冲区的读取位置。 protected int markpos = -1;/*表示标记位置，该标记位置的作用为：实现流的标记特性，即流的某个位置可以被设置为标记，允许通过设置reset()，将流的读取位置进行重置到该标记位置，但是InputStream注释上明确表示，该流不会无限的保证标记长度可以无限延长，即markpos=15,pos=139734，该保留区间可能已经超过了保留的极限（如下）*/ protected int marklimit;/*该成员变量表示了上面提到的标记最大保留区间大小，当pos-markpos> marklimit时，mark标记可能会被清除（根据实现确定）。*/
通过构造函数可以看到：初始化了一个byte数组作为缓冲区域
public BufferedInputStream(InputStream in, int size) { super(in); if (size <= 0) { throw new IllegalArgumentException("Buffer size <= 0"); } buf = new byte[size]; }
这个类中最为重要的方法是fill()方法，它提供了缓冲区域的读取、写入、区域元素的移动更新等。下面着重分析一下该方法：
private void fill() throws IOException { byte[] buffer = getBufIfOpen(); if (markpos < 0) ｛ /*如果不存在标记位置（即没有需要进行reset的位置需求） 则可以进行大胆地直接重置pos标识下一可读取位置,但是这样 不是会读取到以前的旧数据吗？不用担心，在后面的代码里☆会实现输入流的新 数据填充*/ pos = 0; ｝else if (pos >= buffer.length)｛ /* 位置大于缓冲区长度，这里表示已经没有可用空间了 */ if (markpos > 0) { /* 表示存在mark位置，则要对mark位置到pos位置的数据予以保留， 以确保后面如果调用reset()重新从mark位置读取会取得成功*/ int sz = pos - markpos; /*该实现是通过将缓冲区域中markpos至pos部分的移至缓冲区头部实现*/ System.arraycopy(buffer, markpos, buffer, 0, sz); pos = sz; markpos = 0; } else if (buffer.length >= marklimit) { /* 如果缓冲区已经足够大，可以容纳marklimit，则直接重置*/ markpos = -1; pos = 0;/* 丢弃所有的缓冲区内容 */ } else { /* 如果缓冲区还能增长的空间，则进行缓冲区扩容*/ int nsz = pos * 2; /*新的缓冲区大小设置成满足最大标记极限即可*/ if (nsz > marklimit) nsz = marklimit; byte nbuf[] = new byte[nsz]; //将原来的较小的缓冲内容COPY至增容的新缓冲区中 System.arraycopy(buffer, 0, nbuf, 0, pos); //这里使用了原子变量引用更新，确保多线程环境下内存的可见性 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; //从原始输入流中读取数据，填充缓冲区 int n = getInIfOpen().read(buffer, pos, buffer.length - pos); //根据实际读取的字节数更新缓冲区中可用字节数 if (n > 0) count = n + pos; }
整个fill的过程，可以看作是BufferedInputStream对外提供滑动读取的功能实现，通过预先读入一整段原始输入流数据至缓冲区中，而外界对BufferedInputStream的读取操作实际上是在缓冲区上进行，如果读取的数据超过了缓冲区的范围，那么BufferedInputStream负责重新从原始输入流中载入下一截数据填充缓冲区，然后外界继续通过缓冲区进行数据读取。
这样的设计的好处是：避免了大量的磁盘IO，因为原始的InputStream类实现的read是即时读取的，即每一次读取都会是一次磁盘IO操作（哪怕只读取了1个字节的数据），可想而知，如果数据量巨大，这样的磁盘消耗非常可怕。而通过缓冲区的实现，读取可以读取缓冲区中的内容，当读取超过缓冲区的内容后再进行一次磁盘IO，载入一段数据填充缓冲，那么下一次读取一般情况下就直接可以从缓冲区读取，减少了磁盘IO。减少的磁盘IO大致可以通过以下方式计算（限read()方式）：
length 流的最终大小
bufSize 缓冲区大小
则通过缓冲区实现的输入流BufferedInputStream的磁盘IO数为原始InputStream磁盘IO的
1/(length/bufSize)
//read方法解析：该方法返回当前位置的后一位置byte值（int表示）
public synchronized int read() throws IOException { if (pos >= count) { /*表示读取位置已经超过了缓冲区可用范围，则对缓冲区进行重新填充*/ fill(); /*当填充后再次读取时发现没有数据可读，证明读到了流末尾*/ if (pos >= count) return -1; } /*这里表示读取位置尚未超过缓冲区有效范围，直接返回缓冲区内容*/ return getBufIfOpen()[pos++] & 0xff; } 一次读取多个字节（尽量读） private int read1(byte[] b, int off, int len) throws IOException { int avail = count - pos; if (avail <= 0) { /*这里使用了一个巧妙的机制，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); } /*当无数据可读时，从原始流中载入数据到缓冲区中*/ fill(); avail = count - pos; if (avail <= 0) return -1; } int cnt = (avail < len) ? avail : len; /*从缓冲区中读取数据，返回实际读取到的大小*/ System.arraycopy(getBufIfOpen(), pos, b, off, cnt); pos += cnt; return cnt; }
以下方法和上面的方法类似，唯一不同的是，上面的方法是尽量读，读到多少是多少，而下面的方法是贪婪的读，没有读到足够多的数据（len）就不会返回，除非读到了流的末尾。该方法通过不断循环地调用上面read1方法实现贪婪读取。
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; } 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; } } 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 //从上面的注释可以知道，这也是一个巧妙的方法，如果没有mark标记， // 则直接从原始输入流中skip if (markpos <0) return getInIfOpen().skip(n); // Fill in buffer to save bytes for reset fill(); avail = count - pos; if (avail <= 0) return 0; } //该方法的实现为尽量原则，不保证一定略过规定的字节数。 long skipped = (avail < n) ? avail : n; pos += skipped; return skipped; } //估计目前可用的字节数，原始流中可用的字节数+缓冲区中可用的字节数 public synchronized int available() throws IOException { return getInIfOpen().available() + (count - pos); } public synchronized void mark(int readlimit) {//标记位置： marklimit = readlimit; markpos = pos; } //重置位置：该实现清晰的表明下一读取位置被推到了以前的标记位置，以实现重新读取区段的功能 public synchronized void reset() throws IOException { getBufIfOpen(); // Cause exception if closed if (markpos < 0) throw new IOException("Resetting to invalid mark"); pos = markpos; } //关闭流：首先通过线程安全的方式设置了内部的缓冲区引用为空，然后再对原始输入流进行关闭。 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() } }
