[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。