多線程java IO之管道流

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1、Java管道流

要在文本框中顯示控制檯輸出，咱們必須用某種方法「截取」控制檯流。換句話說，咱們要有一種高效地讀取寫入到System.out和System.err 全部內容的方法。若是你熟悉Java的管道流PipedInputStream和PipedOutputStream，就會相信咱們已經擁有最有效的工具。

寫入到PipedOutputStream輸出流的數據能夠從對應的PipedInputStream輸入流讀取。Java的管道流極大地方便了咱們截取控制檯輸出。Listing 1顯示了一種很是簡單的截取控制檯輸出方案。

【Listing 1：用管道流截取控制檯輸出】

PipedInputStream pipedIS = new PipedInputStream();
PipedOutputStream pipedOS = new PipedOutputStream();
try {
   pipedOS.connect(pipedIS);
}
catch(IOException e) {
   System.err.println("鏈接失敗");
   System.exit(1);
}
PrintStream ps = new PrintStream(pipedOS);
System.setOut(ps);
System.setErr(ps);
能夠看到，這裏的代碼極其簡單。咱們只是創建了一個PipedInputStream，把它設置爲全部寫入控制檯流的數據的最終目的地。全部寫入到控制檯流的數據都被轉到PipedOutputStream，這樣，從相應的PipedInputStream讀取就能夠迅速地截獲全部寫入控制檯流的數據。接下來的事情彷佛只剩下在Swing JTextArea中顯示從pipedIS流讀取的數據，獲得一個可以在文本框中顯示控制檯輸出的程序。遺憾的是，在使用Java管道流時有一些重要的注意事項。只有認真對待全部這些注意事項才能保證Listing 1的代碼穩定地運行。下面咱們來看第一個注意事項。

1.1 注意事項一
PipedInputStream運用的是一個1024字節固定大小的循環緩衝區。寫入PipedOutputStream的數據實際上保存到對應的 PipedInputStream的內部緩衝區。從PipedInputStream執行讀操做時，讀取的數據實際上來自這個內部緩衝區。若是對應的 PipedInputStream輸入緩衝區已滿，任何企圖寫入PipedOutputStream的線程都將被阻塞。並且這個寫操做線程將一直阻塞，直至出現讀取PipedInputStream的操做從緩衝區刪除數據。

這意味着，向PipedOutputStream寫數據的線程不該該是負責從對應PipedInputStream讀取數據的惟一線程。從圖二能夠清楚地看出這裏的問題所在：假設線程t是負責從PipedInputStream讀取數據的惟一線程；另外，假定t企圖在一次對 PipedOutputStream的write()方法的調用中向對應的PipedOutputStream寫入2000字節的數據。在t線程阻塞以前，它最多可以寫入1024字節的數據（PipedInputStream內部緩衝區的大小）。然而，一旦t被阻塞，讀取 PipedInputStream的操做就不再會出現，由於t是惟一讀取PipedInputStream的線程。這樣，t線程已經徹底被阻塞，同時，全部其餘試圖向PipedOutputStream寫入數據的線程也將遇到一樣的情形。

這並不意味着在一次write()調用中不能寫入多於1024字節的數據。但應當保證，在寫入數據的同時，有另外一個線程從PipedInputStream讀取數據。

Listing 2示範了這個問題。這個程序用一個線程交替地讀取PipedInputStream和寫入PipedOutputStream。每次調用write()向 PipedInputStream的緩衝區寫入20字節，每次調用read()只從緩衝區讀取並刪除10個字節。內部緩衝區最終會被寫滿，致使寫操做阻塞。因爲咱們用同一個線程執行讀、寫操做，一旦寫操做被阻塞，就不能再從PipedInputStream讀取數據。

【Listing 2：用同一個線程執行讀/寫操做致使線程阻塞】

import java.io.*;
public class Listing2 {
    static PipedInputStream pipedIS = new PipedInputStream();
    static PipedOutputStream pipedOS = 
        new PipedOutputStream();
    public static void main(String[] a){
        try {
            pipedIS.connect(pipedOS);
        }
        catch(IOException e) {
            System.err.println("鏈接失敗");
                System.exit(1);
            }
        byte[] inArray = new byte[10];
        byte[] outArray = new byte[20];
        int bytesRead = 0;
        try {
            // 向pipedOS發送20字節數據

            pipedOS.write(outArray, 0, 20);
            System.out.println(" 已發送20字節...");
           // 在每一次循環迭代中，讀入10字節

           // 發送20字節

            bytesRead = pipedIS.read(inArray, 0, 10);
            int i=0;
            while(bytesRead != -1) {
                pipedOS.write(outArray, 0, 20);
                System.out.println(" 已發送20字節..."+i);
                i++;
                bytesRead = pipedIS.read(inArray, 0, 10);
            }
        }
        catch(IOException e) {
                System.err.println("讀取pipedIS時出現錯誤: " + e);
                System.exit(1);
        }
    } // main()

}
只要把讀/寫操做分開到不一樣的線程，Listing 2的問題就能夠輕鬆地解決。Listing 3是Listing 2通過修改後的版本，它在一個單獨的線程中執行寫入PipedOutputStream的操做（和讀取線程不一樣的線程）。爲證實一次寫入的數據能夠超過 1024字節，咱們讓寫操做線程每次調用PipedOutputStream的write()方法時寫入2000字節。那麼，在 startWriterThread()方法中建立的線程是否會阻塞呢？按照Java運行時線程調度機制，它固然會阻塞。寫操做在阻塞以前實際上最多隻能寫入1024字節的有效載荷（即PipedInputStream緩衝區的大小）。但這並不會成爲問題，由於主線程（main）很快就會從 PipedInputStream的循環緩衝區讀取數據，空出緩衝區空間。最終，寫操做線程會從上一次停止的地方從新開始，寫入2000字節有效載荷中的剩餘部分。

【Listing 3：把讀/寫操做分開到不一樣的線程】

import java.io.*;
public class Listing3 {
    static PipedInputStream pipedIS =
        new PipedInputStream();
    static PipedOutputStream pipedOS =
        new PipedOutputStream();
    public static void main(String[] args) {
        try {
            pipedIS.connect(pipedOS);
        }
        catch(IOException e) {
            System.err.println("鏈接失敗");
            System.exit(1);
        }
        byte[] inArray = new byte[10];
        int bytesRead = 0;
        // 啓動寫操做線程

        startWriterThread();
        try {
            bytesRead = pipedIS.read(inArray, 0, 10);
            while(bytesRead != -1) {
                System.out.println("已經讀取" +
                    bytesRead + "字節...");
                bytesRead = pipedIS.read(inArray, 0, 10);
            }
        }
        catch(IOException e) {
            System.err.println("讀取輸入錯誤.");
            System.exit(1);
        }
    } // main()

    // 建立一個獨立的線程

    // 執行寫入PipedOutputStream的操做

    private static void startWriterThread() {
        ne