Java BufferedInputStream
介绍
在 Java I/O 操作中，BufferedInputStream 是一个非常重要的类，它为输入流提供了缓冲功能，可以显著提高读取数据的效率。简单来说，BufferedInputStream 在内存中创建一个缓冲区，当我们读取数据时，先从这个缓冲区读取，只有当缓冲区数据不足时才会从底层输入流中读取数据，这大大减少了 I/O 操作的次数。
BufferedInputStream 属于 Java I/O 包中的装饰器模式的一个实现，它可以包装任何 InputStream 对象，为其添加缓冲功能。
工作原理
BufferedInputStream 的工作原理可以用下面的图表来表示：
当应用程序请求读取数据时：
- 首先检查缓冲区是否有足够的数据
- 如果有，直接从缓冲区返回数据
- 如果没有，从底层输入流中读取一大块数据到缓冲区，然后返回请求的数据
BufferedInputStream 类的基本用法
创建 BufferedInputStream 对象
要创建一个 BufferedInputStream 对象，我们需要首先有一个 InputStream 对象：
// 创建一个基本的 FileInputStream
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("example.txt");
// 包装为 BufferedInputStream
BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(fileInputStream);
我们还可以指定缓冲区的大小：
// 使用 8192 字节的缓冲区
BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(fileInputStream, 8192);
如果不指定缓冲区大小，默认使用 8192 字节（8KB）的缓冲区。
常用方法
BufferedInputStream 继承自 InputStream，因此拥有 InputStream 的所有方法，最常用的方法包括：
int read(): 读取单个字节int read(byte[] b, int off, int len): 读取多个字节到数组中void close(): 关闭流int available(): 返回可以读取的字节数boolean markSupported(): 检查是否支持标记void mark(int readlimit): 标记当前位置void reset(): 重置到最近的标记位置
示例代码
基本读取操作
下面是一个使用 BufferedInputStream 读取文件的简单示例：
import java.io.*;
public class BufferedInputStreamExample {
public static void main(String[] args) {
try (FileInputStream fis = new FileInputStream("example.txt");
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis)) {
int data;
while ((data = bis.read()) != -1) {
System.out.print((char) data);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
如果 example.txt 文件内容为 "Hello, BufferedInputStream!"，则输出为：
Hello, BufferedInputStream!
使用字节数组读取
使用字节数组可以一次读取多个字节，进一步提高效率：
import java.io.*;
public class BufferedInputStreamArrayExample {
public static void main(String[] args) {
try (FileInputStream fis = new FileInputStream("example.txt");
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis)) {
byte[] buffer = new byte[1024];
int bytesRead;
while ((bytesRead = bis.read(buffer)) != -1) {
// 将字节数组转换为字符串
String chunk = new String(buffer, 0, bytesRead);
System.out.print(chunk);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
使用 mark() 和 reset() 方法
BufferedInputStream 支持标记和重置功能，这在某些场景下非常有用：
import java.io.*;
public class BufferedInputStreamMarkResetExample {
public static void main(String[] args) {
try (FileInputStream fis = new FileInputStream("example.txt");
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis)) {
// 读取前5个字符
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.print((char) bis.read());
}
System.out.println(); // 换行
// 标记当前位置
bis.mark(100); // 参数表示在此位置之后最多可以读取的字节数
// 继续读取5个字符
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.print((char) bis.read());
}
System.out.println(); // 换行
// 重置到标记位置
bis.reset();
// 再次读取5个字符，应该与上面相同
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.print((char) bis.read());
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
如果文件内容为 "Hello, BufferedInputStream!"，则输出为：
Hello
, Buf
, Buf
BufferedInputStream 与 FileInputStream 的性能比较
为了展示 BufferedInputStream 的性能优势，我们可以比较直接使用 FileInputStream 和使用 BufferedInputStream 包装后读取大文件的性能：
import java.io.*;
public class PerformanceComparisonExample {
public static void main(String[] args) {
// 假设有一个较大的文件 "largefile.txt"
String filename = "largefile.txt";
// 使用 FileInputStream 直接读取
long startTime = System.currentTimeMillis();
try (FileInputStream fis = new FileInputStream(filename)) {
int data;
while ((data = fis.read()) != -1) {
// 只读取，不做任何处理
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("FileInputStream 读取时间: " + (endTime - startTime) + " ms");
// 使用 BufferedInputStream 读取
startTime = System.currentTimeMillis();
try (FileInputStream fis = new FileInputStream(filename);
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis)) {
int data;
while ((data = bis.read()) != -1) {
// 只读取，不做任何处理
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("BufferedInputStream 读取时间: " + (endTime - startTime) + " ms");
}
}
对于大文件，BufferedInputStream 通常会显示出明显的性能优势，尤其是在使用单字节读取方法 read() 时。差异可能是数十倍甚至上百倍。
实际应用场景
场景1：读取配置文件
在许多应用程序中，需要读取配置文件，BufferedInputStream 可以提高这类操作的效率：
public class ConfigReader {
public static Properties loadConfig(String filename) {
Properties properties = new Properties();
try (FileInputStream fis = new FileInputStream(filename);
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis)) {
properties.load(bis);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
return properties;
}
}
场景2：图片处理
在处理图像数据时，使用缓冲可以显著提高效率：
public class ImageProcessor {
public static byte[] readImageData(String imageFile) {
try {
File file = new File(imageFile);
byte[] buffer = new byte[(int) file.length()];
try (FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis)) {
bis.read(buffer);
}
return buffer;
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
return null;
}
}
}
场景3：网络数据传输
当从网络读取数据时，使用 BufferedInputStream 可以减少网络 I/O 操作的次数：
import java.io.*;
import java.net.*;
public class NetworkReader {
public static String readFromUrl(String urlString) {
StringBuilder content = new StringBuilder();
try {
URL url = new URL(urlString);
URLConnection connection = url.openConnection();
try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(connection.getInputStream());
BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(bis))) {
String line;
while ((line = reader.readLine()) != null) {
content.append(line).append("\n");
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
return content.toString();
}
}
最佳实践
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始终使用 try-with-resources 语句：确保流在使用后被正确关闭，避免资源泄露。
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适当选择缓冲区大小：默认的 8KB 缓冲区对大多数应用来说已经足够，但对于特定场景可以调整：
- 小文件或频繁小量读取：可以使用较小的缓冲区
- 大文件或流媒体：可以使用较大的缓冲区
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结合 BufferedReader：对于文本文件，可以将 BufferedInputStream 与 BufferedReader 结合使用，获得更好的性能和更便捷的行读取功能。
-
不要重复缓冲：不要将已经缓冲的流再次包装在缓冲流中，这会浪费内存。
总结
BufferedInputStream 是 Java I/O 操作中的重要工具，它通过内存缓冲机制显著提高了数据读取的效率，特别是在处理大文件或频繁的小量数据读取时。其主要优点包括：
- 减少底层 I/O 操作次数
- 提高数据读取速度
- 支持标记和重置功能
在实际应用中，几乎所有需要从输入流读取数据的场景都应该考虑使用 BufferedInputStream，它是 Java I/O 操作性能优化的基本手段之一。
练习
-
创建一个程序，使用 BufferedInputStream 读取一个文本文件，统计其中的字符数、单词数和行数。
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修改上述程序，比较使用 FileInputStream 和 BufferedInputStream 的性能差异。
-
实现一个简单的文件复制程序，使用 BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream 以提高性能。
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使用 mark() 和 reset() 方法实现一个预览功能，当文件开头包含特定的魔数时才继续处理该文件。