• 多线程java IO之管道流


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    一、Java管道流

    要在文本框中显示控制台输出,我们必须用某种方法“截取”控制台流。换句话说,我们要有一种高效地读取写入到System.out和System.err 所有内容的方法。如果你熟悉Java的管道流PipedInputStream和PipedOutputStream,就会相信我们已经拥有最有效的工具。

    写入到PipedOutputStream输出流的数据可以从对应的PipedInputStream输入流读取。Java的管道流极大地方便了我们截取控制台输出。Listing 1显示了一种非常简单的截取控制台输出方案。

    【Listing 1:用管道流截取控制台输出】

    PipedInputStream pipedIS = new PipedInputStream();
    PipedOutputStream pipedOS = new PipedOutputStream();
    try {
       pipedOS.connect(pipedIS);
    }
    catch(IOException e) {
       System.err.println("连接失败");
       System.exit(1);
    }
    PrintStream ps = new PrintStream(pipedOS);
    System.setOut(ps);
    System.setErr(ps);
    可以看到,这里的代码极其简单。我们只是建立了一个PipedInputStream,把它设置为所有写入控制台流的数据的最终目的地。所有写入到控制台流的数据都被转到PipedOutputStream,这样,从相应的PipedInputStream读取就可以迅速地截获所有写入控制台流的数据。接下来的事情似乎只剩下在Swing JTextArea中显示从pipedIS流读取的数据,得到一个能够在文本框中显示控制台输出的程序。遗憾的是,在使用Java管道流时有一些重要的注意事项。只有认真对待所有这些注意事项才能保证Listing 1的代码稳定地运行。下面我们来看第一个注意事项。

    1.1 注意事项一
    PipedInputStream运用的是一个1024字节固定大小的循环缓冲区。写入PipedOutputStream的数据实际上保存到对应的 PipedInputStream的内部缓冲区。从PipedInputStream执行读操作时,读取的数据实际上来自这个内部缓冲区。如果对应的 PipedInputStream输入缓冲区已满,任何企图写入PipedOutputStream的线程都将被阻塞。而且这个写操作线程将一直阻塞,直至出现读取PipedInputStream的操作从缓冲区删除数据。

    这意味着,向PipedOutputStream写数据的线程不应该是负责从对应PipedInputStream读取数据的唯一线程。从图二可以清楚地看出这里的问题所在:假设线程t是负责从PipedInputStream读取数据的唯一线程;另外,假定t企图在一次对 PipedOutputStream的write()方法的调用中向对应的PipedOutputStream写入2000字节的数据。在t线程阻塞之前,它最多能够写入1024字节的数据(PipedInputStream内部缓冲区的大小)。然而,一旦t被阻塞,读取 PipedInputStream的操作就再也不会出现,因为t是唯一读取PipedInputStream的线程。这样,t线程已经完全被阻塞,同时,所有其他试图向PipedOutputStream写入数据的线程也将遇到同样的情形。

    这并不意味着在一次write()调用中不能写入多于1024字节的数据。但应当保证,在写入数据的同时,有另一个线程从PipedInputStream读取数据。

    Listing 2示范了这个问题。这个程序用一个线程交替地读取PipedInputStream和写入PipedOutputStream。每次调用write()向 PipedInputStream的缓冲区写入20字节,每次调用read()只从缓冲区读取并删除10个字节。内部缓冲区最终会被写满,导致写操作阻塞。由于我们用同一个线程执行读、写操作,一旦写操作被阻塞,就不能再从PipedInputStream读取数据。

    【Listing 2:用同一个线程执行读/写操作导致线程阻塞】

    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("连接失败");
                    System.exit(1);
                }
            byte[] inArray = new byte[10];
            byte[] outArray = new byte[20];
            int bytesRead = 0;
            try {
                // 向pipedOS发送20字节数据

                pipedOS.write(outArray, 0, 20);
                System.out.println(" 已发送20字节...");
               // 在每一次循环迭代中,读入10字节

               // 发送20字节

                bytesRead = pipedIS.read(inArray, 0, 10);
                int i=0;
                while(bytesRead != -1) {
                    pipedOS.write(outArray, 0, 20);
                    System.out.println(" 已发送20字节..."+i);
                    i++;
                    bytesRead = pipedIS.read(inArray, 0, 10);
                }
            }
            catch(IOException e) {
                    System.err.println("读取pipedIS时出现错误: " + e);
                    System.exit(1);
            }
        } // main()

    }
    只要把读/写操作分开到不同的线程,Listing 2的问题就可以轻松地解决。Listing 3是Listing 2经过修改后的版本,它在一个单独的线程中执行写入PipedOutputStream的操作(和读取线程不同的线程)。为证明一次写入的数据可以超过 1024字节,我们让写操作线程每次调用PipedOutputStream的write()方法时写入2000字节。那么,在 startWriterThread()方法中创建的线程是否会阻塞呢?按照Java运行时线程调度机制,它当然会阻塞。写操作在阻塞之前实际上最多只能写入1024字节的有效载荷(即PipedInputStream缓冲区的大小)。但这并不会成为问题,因为主线程(main)很快就会从 PipedInputStream的循环缓冲区读取数据,空出缓冲区空间。最终,写操作线程会从上一次中止的地方重新开始,写入2000字节有效载荷中的剩余部分。

    【Listing 3:把读/写操作分开到不同的线程】

    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("连接失败");
                System.exit(1);
            }
            byte[] inArray = new byte[10];
            int bytesRead = 0;
            // 启动写操作线程

            startWriterThread();
            try {
                bytesRead = pipedIS.read(inArray, 0, 10);
                while(bytesRead != -1) {
                    System.out.println("已经读取" +
                        bytesRead + "字节...");
                    bytesRead = pipedIS.read(inArray, 0, 10);
                }
            }
            catch(IOException e) {
                System.err.println("读取输入错误.");
                System.exit(1);
            }
        } // main()

        // 创建一个独立的线程

        // 执行写入PipedOutputStream的操作

        private static void startWriterThread() {
            ne

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