java.io.BufferedInputStream 源码分析

BufferedInputStream是一个带缓冲区的输入流，在读取字节数据时可以从底层流中一次性读取多个字节到缓冲区，而不必每次读取操作都调用底层流，从而提高系统性能。

先介绍几个关键属性

//默认缓冲区的小大    
private static int defaultBufferSize = 8192;
//内部缓冲区
protected volatile byte buf[];
//缓冲区中可用的字节数量
protected int count;
//缓冲区中当前读取位置
protected int pos;
//重复读取时标记的位置
protected int markpos = -1;
//这个值是设置当用户调用了mark(int readlimit)以后，后续可以读取readlimit这个多个字节reset方法有效。
protected int marklimit;

pos指向缓冲区中下一个可以read的位置，count是记录缓冲区中可用的字节总数，当pos >= count就需要重新读取底层流来填充缓冲区了。

当你调用mark方法时，内部会保存一个markPos标志，它的值为目前读取字节流的pos位置，倘若你调用reset方法，这时候会把pos重置为markPos的值，这样你就可以重读已经读过的字节。

举个例子来说，比如有个字节流为【ABCDEFG】 那么pos指向B的位置，当比调用mark方法时markPos也指向B的位置，然后你接着调用read方法读取 B，C，D，现在pos指向E 当你调用reset方法后

会将pos设置为markPos的位置，这样你在读的时候又从B开始读了，这样就实现了重复读的效果。

mark方法中还有个参数markLimit，它是设置当你调用mark方法后 接着可以读取多少个字节  reset方法仍然保持有效。

举个例子来说，比如你传入的markLimit的值为20， 那么当你调用mark后，后面我读取了22个字节（超过了20），那么这时在调用reset方法就失效了，缓冲区不会再为我保存之前mark标记的那段数据了。

核心方法：当我们调用read()方法时，它在内部做了一些事情。

public synchronized int read() throws IOException {
    if (pos >= count) {         // 检查是否有可读缓冲数据
        fill();                 // 没有缓冲数据可读，则从物理数据源读取数据并填充缓冲区
        if (pos >= count)       // 若物理数据源也没有多于可读数据，则返回-1，标示EOF
        return -1;
    }

 // 从缓冲区读取buffer[pos]并返回（由于这里读取的是一个字节，而返回的是整型，所以需要把高位置0）
    return getBufIfOpen()[pos++] & 0xff;
}

private byte[] getBufIfOpen() throws IOException {
    byte[] buffer = buf;      // buf为内部缓冲区
    if (buffer == null)
        throw new IOException("Stream closed");
        return buffer;
}

其中pos为缓冲区buffer下一个可读的数组下标，count是比缓冲区中最后一个有效字节的索引大 1 的索引。

我们可以一直从缓冲区里读取数据，直到pos变为count（此时只能从物理数据源读取数据），下面我们就分析下，当缓冲区里没有数据可读时，BufferedInputStream是如何处理的：

   private void fill() throws IOException {
        byte[] buffer = getBufIfOpen();
        if (markpos < 0) //对应情况1 这也是最简单的一种情况
            pos = 0;
        //pos < buffer.length 对应情况2当中的A
        else if (pos >= buffer.length) //如果进入条件 那么对应情况2当中到B
            if (markpos > 0) {  //对应情况B1
                int sz = pos - markpos;
                System.arraycopy(buffer, markpos, buffer, 0, sz);
                pos = sz;
                markpos = 0;
            } else if (buffer.length >= marklimit) { //对应情况B3
                markpos = -1;
                pos = 0;
            } else {   //对应情况B4
                int nsz = pos * 2;
                if (nsz > marklimit)
                    nsz = marklimit;
                byte nbuf[] = new byte[nsz];
                System.arraycopy(buffer, 0, nbuf, 0, pos);
                buffer = nbuf;
            }
        count = pos;
        int n = getInIfOpen().read(buffer, pos, buffer.length - pos);
        if (n > 0)
            count = n + pos;
    }

情况1、若用户没有开启re-read功能（即未调用mark方法） 当pos==count时， 我们只需要将pos重新置为0，然后从物理源读取数据（假设读到了n个字节），最后把count设置成 n + pos 即可 (其实就是n，因为pos之前被设置成了0）, 当下次你在调用read方法时，就直接从缓冲读取，非常快速（如下图）

情况2、若用户开启了re-read功能，（即调用mark方法），那么情况就变得复杂了，这意味着我们需要保存从markPos到pos这段数据，以供用户调用reset时重复读取该段数据，现在我们分情况讨论。

A：pos < buffer.length 这意味着缓冲区还有多余空间，所以我们可以继续从物理数据源读取数据放入到缓冲区中（如下图）

B: pos >= buffer.length 这意味着缓冲区已经没有更多空间，所以需要清空缓冲区，同时还必须保留原来 markPos到pos那段数据，以供用户调用reset时重复读取该段数据，

到这一步又分为几种情况

B1：markpos > 0 那么 （pos - makrPos）一定小于缓冲区大小，这样意味着我们保留原来markPos到pos那段数据的同时 缓冲区还有空余空间

所以需要这样做

// 计算需要保留多少字节的数据
int sz = pos - markPos;
// 然后拷贝到缓冲头部
System.arraycopy(buffer, markpos, buffer, 0, sz);
// 重置pos以及markPos
pos=sz;
markPos=0;

B2： markpos == 0  那么 （pos - makrPos）已经等于缓冲区大小，这样意味着我们保留原来markPos到pos那段数据的同时 缓冲区已经没有空余空间，所以这时候我们是无法通过挪动位置来使缓冲区有多余空间的，所以我们只可以清空或扩展缓冲区 那么又分为俩种情况（B3：B4）。

B3: buffer.length >= marklimit时 ，此时意味着markPos已经失效，用户不可以在进行re-read，所以此时我们就可以简单释放整个缓冲区了：pos=0, markPos=-1;

B4: 意味着markPos还有效，所以我们只能通过扩展缓冲区的方式来使缓冲区有多余空间。

再解释一下mark(int readlimit)这个方法的用法，这个readlimit的意思是在调用mark方法以后，缓冲区最对还可以读取多少个字节标记才失效。

是取readlimit和BufferedInputStream类的缓冲区大小两者中的最大值，而并非完全由readlimit确定，这个在JAVA文档中是没有提到的。

JAVA中mark()和reset()用法的通俗理解mark就像书签一样，在这个BufferedInputStream对应的buffer里作个标记，以后再调用reset时就可以再回到这个mark过的地方。mark方法有个参数，通过这个整型参数，你告诉系统，希望在读出这么多个字符之前，这个mark保持有效。读过这么多字符之后，系统可以使mark不再有效，而你不能觉得奇怪或怪罪它。这跟buffer有关，如果你需要很长的距离，那么系统就必须分配很大的buffer来保持你的mark。