Java 的输入输出总是给人一种非常混乱的感觉。要想把这个问题搞清楚。必须对各种与输入输出相关的类之间的关系有所了解。
仅仅有你了解了他们之间的关系。知道设计这个类的目的是什么。才干更从容的使用他们。
我们先对 Java I/O 的整体结构进行一个总结，再通过分析源码，给出把每一个类的关键功能是怎样实现的。
Java 的输入输出，主要分为下面几个部分：
每一个部分，都包括了输入和输出两部分。
这里仅仅给出每一个类的实现概要，详细每一个类的实现分析。能够參见我的 GitHub-SourceLearning-OpenJDK 页面。依据导航中的链接，进入 java.io ，就可以看到对每一个类的分析。
图1 Java 字节输入类
InputStream 是全部字节输入类的基类，它有一个未实现的 read 方法。子类须要实现这个 read 方法， 它和数据的来源相关。它的各种不同子类，或者是加入了功能，或者指明了不同的数据来源。
public abstract int read () throws IOException ;
ByteArrayInputStream 有一个内部 buffer 。 包括从流中读取的字节，另一个内部 counter。 跟踪下一个要读入的字节。
protected byte buf [];
protected int pos ;
这个类在初始化时。须要指定一个 byte[]。作为数据的来源，它的 read。就读入这个 byte[] 中所包括的数据。
public ByteArrayInputStream ( byte buf []) {
this . buf = buf ;
this . pos = 0 ;
this . count = buf . length ;
}
public synchronized int read () {
return ( pos < count ) ? ( buf [ pos ++] & 0xff ) : - 1 ;
}
FileInputStream 的数据来源是文件，即从文件里读取字节。
初始化时，须要指定一个文件：
public FileInputStream ( File file )
throws FileNotFoundException {
String name = ( file != null ?
file . getPath () : null ); SecurityManager security = System . getSecurityManager (); if ( security != null ) { security . checkRead ( name ); } if ( name == null ) { throw new NullPointerException (); } fd = new FileDescriptor (); fd . incrementAndGetUseCount (); open ( name ); }
以后读取的数据。都来自于这个文件。
这里的 read 方法是一个 native 方法。它的实现与操作系统相关。
public native int read () throws IOException ;
FilterInputStream将其他输入流作为数据来源，其子类能够在它的基础上，对数据流加入新的功能。
我们常常看到流之间的嵌套。以加入新的功能。就是在这个类的基础上实现的。所以，它的初始化中，会指定一个字节输入流：
protected volatile InputStream in ;
protected FilterInputStream ( InputStream in ) {
this . in = in ;
}
读取操作。就依靠这个流实现：
public int read () throws IOException {
return in . read ();
}
BufferedInputStream 是 FilterInputStream 的子类。所以，须要给它提供一个底层的流，用于读取，而它本身，则为此底层流添加功能。即缓冲功能。以降低读取操作的开销，提升效率。
protected volatile byte buf [];
内部缓冲区由一个 volatile byte 数组实现。大多线程环境下。一个线程向 volatile 数据类型中写入的数据，会马上被其他线程看到。
read 操作会先看一下缓冲区里的数据是否已经所有被读取了，假设是，就调用底层流，填充缓冲区，再从缓冲区中按要求读取指定的字节。
public synchronized int read () throws IOException {
if ( pos >= count ) {
fill ();
if ( pos >= count )
return - 1 ;
}
return getBufIfOpen ()[ pos ++] & 0xff ;
}
private byte [] getBufIfOpen () throws IOException {
byte [] buffer = buf ;
if ( buffer == null )
throw new IOException ( "Stream closed" );
return buffer ;
}
DataInputStream 也是 FilterInputStream 的子类。它提供的功能是：能够从底层的流中读取基本数据类型。比如 int, char等等。DataInputStream 是非线程安全的， 你必须自己保证处理线程安全相关的细节。
比如，readBoolean 会读入一个字节。然后依据是否为0,返回 true/false。
public final boolean readBoolean () throws IOException {
int ch = in . read ();
if ( ch < 0 )
throw new EOFException ();
return ( ch != 0 );
}
readShort 会读入两个字节。然后拼接成一个 short 类型的数据。
public final short readShort () throws IOException {
int ch1 = in . read ();
int ch2 = in . read ();
if (( ch1 | ch2 ) < 0 )
throw new EOFException ();
return ( short )(( ch1 << 8 ) + ( ch2 << 0 ));
}
int 和 long 依此类推，分别读入4个字节，8个字节，然后进行拼接。
可是，浮点数就不能通过简单的拼接来攻克了，而要读入足够的字节数，然后再依照 IEEE 754 的标准进行解释：
public final float readFloat () throws IOException {
return Float . intBitsToFloat ( readInt ());
}
PushbackInputstream 类也是FilterInputStream的子类，它提供的功能是。能够将已经读入的字节。再放回输入流中，下次读取时，能够读取到这个放回的字节。这在某些情境下是很实用的。它的实现，就是依靠类似缓冲区的原理。被放回的字节，实际上是放在缓冲区里，读取时，先查看缓冲区里有没有字节，假设有就从这里读取，假设没有。就从底层流里读取。
缓冲区是一个字节数组：
读取时，优先从这里读取。读不到，再从底层流读取。
public int read () throws IOException {
ensureOpen ();
if ( pos < buf . length ) {
return buf [ pos ++] & 0xff ;
}
return super . read ();
}
PipedInputStream 与 PipedOutputStream 配合使用。它们通过 connect 函数相关联。
public void connect ( PipedOutputStream src ) throws IOException {
src . connect ( this );
}
它们共用一个缓冲区。一个从中读取，一个从中写入。
PipedInputStream内部有一个缓冲区，
读取时，就从这里读：
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 ; } 过程比我们想的要复杂，由于这涉及两个线程，须要相互配合，所以，须要检查非常多东西，才干终于从缓冲区中读到数据。
PipedOutputStream 类写入时，会调用 PipedInputStream 的receive功能。把数据写入 PipedInputStream 的缓冲区。
我们看一下 PipedOutputStream.write 函数：
public void write ( int b ) throws IOException { if ( sink == null ) { throw new IOException ( "Pipe not connected" ); } sink . receive ( b ); } 能够看出，调用了相关联的管道输入流的 receive 函数。
protected synchronized void receive ( int b ) throws IOException { checkStateForReceive (); writeSide = Thread . currentThread (); if ( in == out ) awaitSpace (); if ( in < 0 ) { in = 0 ; out = 0 ; } buffer [ in ++] = ( byte )( b & 0xFF ); if ( in >= buffer . length ) { in = 0 ; } } receive 的主要功能，就是把写入的数据放入缓冲区内。
注意注意的是。这两个类相互关联的对象。应该属于两个不同的线程。否则。easy造成死锁。
这个系列的第一部分到此结束，扩展阅读部分的文章很好，推荐阅读。
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