发布于 2017-11-25 04:58:06 | 17 次阅读 | 评论: 0 | 来源: 网友投递

这里有新鲜出炉的Java设计模式,程序狗速度看过来!

Java程序设计语言

java 是一种可以撰写跨平台应用软件的面向对象的程序设计语言,是由Sun Microsystems公司于1995年5月推出的Java程序设计语言和Java平台(即JavaEE(j2ee), JavaME(j2me), JavaSE(j2se))的总称。


Java中的PipedWriter、PipedReader类管道的读写依赖于PipedOutputStream、PipedInputStream两个管道输入输出类,这里我们将来举例讲解Java中Piped管道输入输出流的线程通信控制:

PipedOutputStream和PipedInputStream

在java中,PipedOutputStream和PipedInputStream分别是管道输出流和管道输入流。
它们的作用是让多线程可以通过管道进行线程间的通讯。在使用管道通信时,必须将PipedOutputStream和PipedInputStream配套使用。
使用管道通信时,大致的流程是:我们在线程A中向PipedOutputStream中写入数据,这些数据会自动的发送到与PipedOutputStream对应的PipedInputStream中,进而存储在PipedInputStream的缓冲中;此时,线程B通过读取PipedInputStream中的数据。就可以实现,线程A和线程B的通信。
下面,我们看看多线程中通过管道通信的例子。例子中包括3个类:Receiver.java, PipedStreamTest.java 和 Sender.java。
Receiver.java的代码如下:


import java.io.IOException; 

import java.io.PipedInputStream; 

@SuppressWarnings("all") 
/** 
 * 接收者线程 
 */ 
public class Receiver extends Thread {

 // 管道输入流对象。
 // 它和“管道输出流(PipedOutputStream)”对象绑定,
 // 从而可以接收“管道输出流”的数据,再让用户读取。
 private PipedInputStream in = new PipedInputStream(); 

 // 获得“管道输入流”对象
 public PipedInputStream getInputStream(){ 
  return in; 
 } 

 @Override
 public void run(){ 
  readMessageOnce() ;
  //readMessageContinued() ;
 }

 // 从“管道输入流”中读取1次数据
 public void readMessageOnce(){
  // 虽然buf的大小是2048个字节,但最多只会从“管道输入流”中读取1024个字节。
  // 因为,“管道输入流”的缓冲区大小默认只有1024个字节。
  byte[] buf = new byte[2048];
  try {
   int len = in.read(buf);
   System.out.println(new String(buf,0,len));
   in.close();
  } catch (IOException e) {
   e.printStackTrace();
  }
 }
 // 从“管道输入流”读取>1024个字节时,就停止读取
 public void readMessageContinued() {
  int total=0;
  while(true) {
   byte[] buf = new byte[1024];
   try {
    int len = in.read(buf);
    total += len;
    System.out.println(new String(buf,0,len));
    // 若读取的字节总数>1024,则退出循环。
    if (total > 1024)
     break;
   } catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
   }
  }

  try {
   in.close();
  } catch (IOException e) {
   e.printStackTrace();
  }
 }
}

Sender.java的代码如下:


import java.io.IOException; 

import java.io.PipedOutputStream; 
@SuppressWarnings("all")
/** 
 * 发送者线程 
 */ 
public class Sender extends Thread {

 // 管道输出流对象。
 // 它和“管道输入流(PipedInputStream)”对象绑定,
 // 从而可以将数据发送给“管道输入流”的数据,然后用户可以从“管道输入流”读取数据。
 private PipedOutputStream out = new PipedOutputStream();

 // 获得“管道输出流”对象
 public PipedOutputStream getOutputStream(){
  return out;
 } 

 @Override
 public void run(){ 
  writeShortMessage();
  //writeLongMessage();
 } 

 // 向“管道输出流”中写入一则较简短的消息:"this is a short message" 
 private void writeShortMessage() {
  String strInfo = "this is a short message" ;
  try {
   out.write(strInfo.getBytes());
   out.close(); 
  } catch (IOException e) { 
   e.printStackTrace(); 
  } 
 }
 // 向“管道输出流”中写入一则较长的消息
 private void writeLongMessage() {
  StringBuilder sb = new StringBuilder();
  // 通过for循环写入1020个字节
  for (int i=0; i<102; i++)
   sb.append("0123456789");
  // 再写入26个字节。
  sb.append("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz");
  // str的总长度是1020+26=1046个字节
  String str = sb.toString();
  try {
   // 将1046个字节写入到“管道输出流”中
   out.write(str.getBytes());
   out.close();
  } catch (IOException e) {
   e.printStackTrace();
  }
 }
}

PipedStreamTest.java的代码如下:


import java.io.PipedInputStream;
import java.io.PipedOutputStream;
import java.io.IOException;

@SuppressWarnings("all") 
/** 
 * 管道输入流和管道输出流的交互程序
 */ 
public class PipedStreamTest {

 public static void main(String[] args) { 
  Sender t1 = new Sender(); 

  Receiver t2 = new Receiver(); 

  PipedOutputStream out = t1.getOutputStream(); 

  PipedInputStream in = t2.getInputStream(); 

  try { 
   //管道连接。下面2句话的本质是一样。
   //out.connect(in); 
   in.connect(out); 

   /** 
    * Thread类的START方法: 
    * 使该线程开始执行;Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。 
    * 结果是两个线程并发地运行;当前线程(从调用返回给 start 方法)和另一个线程(执行其 run 方法)。 
    * 多次启动一个线程是非法的。特别是当线程已经结束执行后,不能再重新启动。 
    */
   t1.start();
   t2.start();
  } catch (IOException e) {
   e.printStackTrace();
  }
 }
}

运行结果:


this is a short message

说明:
(1) in.connect(out);将“管道输入流”和“管道输出流”关联起来。查看PipedOutputStream.java和PipedInputStream.java中connect()的源码;我们知道 out.connect(in); 等价于 in.connect(out);
(2)


t1.start(); // 启动“Sender”线程 
t2.start(); // 启动“Receiver”线程

先查看Sender.java的源码,线程启动后执行run()函数;在Sender.java的run()中,调用writeShortMessage();
writeShortMessage();的作用就是向“管道输出流”中写入数据"this is a short message" ;这条数据会被“管道输入流”接收到。下面看看这是如何实现的。
先看write(byte b[])的源码,在OutputStream.java中定义。PipedOutputStream.java继承于OutputStream.java;OutputStream.java中write(byte b[])的源码如下:


public void write(byte b[]) throws IOException {
 write(b, 0, b.length);
}

实际上write(byte b[])是调用的PipedOutputStream.java中的write(byte b[], int off, int len)函数。查看write(byte b[], int off, int len)的源码,我们发现:它会调用 sink.receive(b, off, len); 进一步查看receive(byte b[], int off, int len)的定义,我们知道sink.receive(b, off, len)的作用就是:将“管道输出流”中的数据保存到“管道输入流”的缓冲中。而“管道输入流”的缓冲区buffer的默认大小是1024个字节。
至此,我们知道:t1.start()启动Sender线程,而Sender线程会将数据"this is a short message"写入到“管道输出流”;而“管道输出流”又会将该数据传输给“管道输入流”,即而保存在“管道输入流”的缓冲中。
接下来,我们看看“用户如何从‘管道输入流'的缓冲中读取数据”。这实际上就是Receiver线程的动作。
t2.start() 会启动Receiver线程,从而执行Receiver.java的run()函数。查看Receiver.java的源码,我们知道run()调用了readMessageOnce()。
而readMessageOnce()就是调用in.read(buf)从“管道输入流in”中读取数据,并保存到buf中。
通过上面的分析,我们已经知道“管道输入流in”的缓冲中的数据是"this is a short message";因此,buf的数据就是"this is a short message"。
为了加深对管道的理解。我们接着进行下面两个小试验。
试验一:修改Sender.java


public void run(){ 
 writeShortMessage();
 //writeLongMessage();
} 

修改为


public void run(){ 
 //writeShortMessage();
 writeLongMessage();
}

运行程序。运行结果为:


01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
012345678901234567890123456789abcd

这些数据是通过writeLongMessage()写入到“管道输出流”,然后传送给“管道输入流”,进而存储在“管道输入流”的缓冲中;再被用户从缓冲读取出来的数据。
然后,观察writeLongMessage()的源码。我们可以发现,str的长度是1046个字节,然后运行结果只有1024个字节!为什么会这样呢?
道理很简单:管道输入流的缓冲区默认大小是1024个字节。所以,最多只能写入1024个字节。
观察PipedInputStream.java的源码,我们能了解的更透彻。


private static final int DEFAULT_PIPE_SIZE = 1024;
public PipedInputStream() {
 initPipe(DEFAULT_PIPE_SIZE);
}

默认构造函数调用initPipe(DEFAULT_PIPE_SIZE),它的源码如下:


private void initPipe(int pipeSize) {
  if (pipeSize <= 0) {
  throw new IllegalArgumentException("Pipe Size <= 0");
  }
  buffer = new byte[pipeSize];
}

从中,我们可以知道缓冲区buffer的默认大小就是1024个字节。
试验二: 在“试验一”的基础上继续修改Receiver.java


public void run(){ 
 readMessageOnce() ;
 //readMessageContinued() ;
}

修改为


public void run(){ 
 //readMessageOnce() ;
 readMessageContinued() ;
}

运行程序。运行结果为:


01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
012345678901234567890123456789abcd
efghijklmnopqrstuvwxyz

这个结果才是writeLongMessage()写入到“输入缓冲区”的完整数据。

PipedWriter和PipedReader
PipedWriter 是字符管道输出流,它继承于Writer。
PipedReader 是字符管道输入流,它继承于Writer。
PipedWriter和PipedReader的作用是可以通过管道进行线程间的通讯。在使用管道通信时,必须将PipedWriter和PipedReader配套使用。
下面,我们看看多线程中通过PipedWriter和PipedReader通信的例子。例子中包括3个类:Receiver.java, Sender.java 和 PipeTest.java
Receiver.java的代码如下:


import java.io.IOException; 

import java.io.PipedReader; 

@SuppressWarnings("all") 
/** 
 * 接收者线程 
 */ 
public class Receiver extends Thread { 

 // 管道输入流对象。
 // 它和“管道输出流(PipedWriter)”对象绑定,
 // 从而可以接收“管道输出流”的数据,再让用户读取。
 private PipedReader in = new PipedReader(); 

 // 获得“管道输入流对象”
 public PipedReader getReader(){ 
  return in; 
 } 

 @Override
 public void run(){ 
  readMessageOnce() ;
  //readMessageContinued() ;
 }

 // 从“管道输入流”中读取1次数据
 public void readMessageOnce(){ 
  // 虽然buf的大小是2048个字符,但最多只会从“管道输入流”中读取1024个字符。
  // 因为,“管道输入流”的缓冲区大小默认只有1024个字符。
  char[] buf = new char[2048]; 
  try { 
   int len = in.read(buf); 
   System.out.println(new String(buf,0,len)); 
   in.close(); 
  } catch (IOException e) { 
   e.printStackTrace(); 
  } 
 }

 // 从“管道输入流”读取>1024个字符时,就停止读取
 public void readMessageContinued(){
  int total=0;
  while(true) {
   char[] buf = new char[1024];
   try {
    int len = in.read(buf);
    total += len;
    System.out.println(new String(buf,0,len));
    // 若读取的字符总数>1024,则退出循环。
    if (total > 1024)
     break;
   } catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
   }
  }

  try {
   in.close(); 
  } catch (IOException e) { 
   e.printStackTrace(); 
  } 
 } 
}

Sender.java的代码如下:


import java.io.IOException; 

import java.io.PipedWriter; 
@SuppressWarnings("all")
/** 
 * 发送者线程 
 */ 
public class Sender extends Thread { 

 // 管道输出流对象。
 // 它和“管道输入流(PipedReader)”对象绑定,
 // 从而可以将数据发送给“管道输入流”的数据,然后用户可以从“管道输入流”读取数据。
 private PipedWriter out = new PipedWriter();

 // 获得“管道输出流”对象
 public PipedWriter getWriter(){
  return out;
 } 

 @Override
 public void run(){ 
  writeShortMessage();
  //writeLongMessage();
 } 

 // 向“管道输出流”中写入一则较简短的消息:"this is a short message" 
 private void writeShortMessage() {
  String strInfo = "this is a short message" ;
  try {
   out.write(strInfo.toCharArray());
   out.close(); 
  } catch (IOException e) { 
   e.printStackTrace(); 
  } 
 }
 // 向“管道输出流”中写入一则较长的消息
 private void writeLongMessage() {
  StringBuilder sb = new StringBuilder();
  // 通过for循环写入1020个字符
  for (int i=0; i<102; i++)
   sb.append("0123456789");
  // 再写入26个字符。
  sb.append("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz");
  // str的总长度是1020+26=1046个字符
  String str = sb.toString();
  try {
   // 将1046个字符写入到“管道输出流”中
   out.write(str);
   out.close();
  } catch (IOException e) {
   e.printStackTrace();
  }
 }
}

PipeTest.java的代码如下:


import java.io.PipedReader;
import java.io.PipedWriter;
import java.io.IOException;

@SuppressWarnings("all") 
/** 
 * 管道输入流和管道输出流的交互程序
 */ 
public class PipeTest { 

 public static void main(String[] args) { 
  Sender t1 = new Sender(); 

  Receiver t2 = new Receiver(); 

  PipedWriter out = t1.getWriter(); 

  PipedReader in = t2.getReader(); 

  try { 
   //管道连接。下面2句话的本质是一样。
   //out.connect(in); 
   in.connect(out); 

   /** 
    * Thread类的START方法: 
    * 使该线程开始执行;Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。 
    * 结果是两个线程并发地运行;当前线程(从调用返回给 start 方法)和另一个线程(执行其 run 方法)。 
    * 多次启动一个线程是非法的。特别是当线程已经结束执行后,不能再重新启动。 
    */
   t1.start();
   t2.start();
  } catch (IOException e) {
   e.printStackTrace();
  }
 }
}

运行结果:
this is a short message
结果说明:

(1)


 in.connect(out);

它的作用是将“管道输入流”和“管道输出流”关联起来。查看PipedWriter.java和PipedReader.java中connect()的源码;我们知道 out.connect(in); 等价于 in.connect(out);
(2)


t1.start(); // 启动“Sender”线程
t2.start(); // 启动“Receiver”线程

先查看Sender.java的源码,线程启动后执行run()函数;在Sender.java的run()中,调用writeShortMessage();
writeShortMessage();的作用就是向“管道输出流”中写入数据"this is a short message" ;这条数据会被“管道输入流”接收到。下面看看这是如何实现的。
先看write(char char的源码。PipedWriter.java继承于Writer.java;Writer.java中write(char c[])的源码如下:


public void write(char cbuf[]) throws IOException {
 write(cbuf, 0, cbuf.length);
}


实际上write(char c[])是调用的PipedWriter.java中的write(char c[], int off, int len)函数。查看write(char c[], int off, int len)的源码,我们发现:它会调用 sink.receive(cbuf, off, len); 进一步查看receive(char c[], int off, int len)的定义,我们知道sink.receive(cbuf, off, len)的作用就是:将“管道输出流”中的数据保存到“管道输入流”的缓冲中。而“管道输入流”的缓冲区buffer的默认大小是1024个字符。
至此,我们知道:t1.start()启动Sender线程,而Sender线程会将数据"this is a short message"写入到“管道输出流”;而“管道输出流”又会将该数据传输给“管道输入流”,即而保存在“管道输入流”的缓冲中。
接下来,我们看看“用户如何从‘管道输入流'的缓冲中读取数据”。这实际上就是Receiver线程的动作。
t2.start() 会启动Receiver线程,从而执行Receiver.java的run()函数。查看Receiver.java的源码,我们知道run()调用了readMessageOnce()。
而readMessageOnce()就是调用in.read(buf)从“管道输入流in”中读取数据,并保存到buf中。
通过上面的分析,我们已经知道“管道输入流in”的缓冲中的数据是"this is a short message";因此,buf的数据就是"this is a short message"。
为了加深对管道的理解。我们接着进行下面两个小试验。
试验一:修改Sender.java


public void run(){ 
 writeShortMessage();
 //writeLongMessage();
}

修改为


public void run(){ 
 //writeShortMessage();
 writeLongMessage();
}

运行程序。运行结果如下:

从中,我们看出,程序运行出错!抛出异常 java.io.IOException: Pipe closed
为什么会这样呢?
我分析一下程序流程。
(1) 在PipeTest中,通过in.connect(out)将输入和输出管道连接起来;然后,启动两个线程。t1.start()启动了线程Sender,t2.start()启动了线程Receiver。
(2) Sender线程启动后,通过writeLongMessage()写入数据到“输出管道”,out.write(str.toCharArray())共写入了1046个字符。而根据PipedWriter的源码,PipedWriter的write()函数会调用PipedReader的receive()函数。而观察PipedReader的receive()函数,我们知道,PipedReader会将接受的数据存储缓冲区。仔细观察receive()函数,有如下代码:


while (in == out) {
 if ((readSide != null) && !readSide.isAlive()) {
  throw new IOException("Pipe broken");
 }
 /* full: kick any waiting readers */
 notifyAll();
 try {
  wait(1000);
 } catch (InterruptedException ex) {
  throw new java.io.InterruptedIOException();
 }
}

而in和out的初始值分别是in=-1, out=0;结合上面的while(in==out)。我们知道,它的含义就是,每往管道中写入一个字符,就达到了in==out这个条件。然后,就调用notifyAll(),唤醒“读取管道的线程”。
也就是,每往管道中写入一个字符,都会阻塞式的等待其它线程读取。
然而,PipedReader的缓冲区的默认大小是1024!但是,此时要写入的数据却有1046!所以,一次性最多只能写入1024个字符。
(03) Receiver线程启动后,会调用readMessageOnce()读取管道输入流。读取1024个字符会,会调用close()关闭,管道。
由(02)和(03)的分析可知,Sender要往管道写入1046个字符。其中,前1024个字符(缓冲区容量是1024)能正常写入,并且每写入一个就读取一个。当写入1025个字符时,依然是依次的调用PipedWriter.java中的write();然后,write()中调用PipedReader.java中的receive();在PipedReader.java中,最终又会调用到receive(int c)函数。 而此时,管道输入流已经被关闭,也就是closedByReader为true,所以抛出throw new IOException("Pipe closed")。
我们对“试验一”继续进行修改,解决该问题。
试验二: 在“试验一”的基础上继续修改Receiver.java 将


public void run(){ 
 readMessageOnce() ;
 //readMessageContinued() ;
}

修改为


public void run(){ 
 //readMessageOnce() ;
 readMessageContinued() ;
}

此时,程序能正常运行。运行结果为:


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