详解Java的readBytes是怎么实现的

 更新时间:2023年07月30日 11:14:03   作者:darcy_yuan  
众所周知,Java是一门跨平台语言,针对不同的操作系统有不同的实现,下面小编就来从一个非常简单的api调用带大家来看看Java具体是怎么做的吧

1.前言

众所周知,Java是一门跨平台语言,针对不同的操作系统有不同的实现。本文从一个非常简单的api调用来看看Java具体是怎么做的.

2.源码分析

从FileInputStream.java中看到readBytes最后是native调用

/**
     * Reads a subarray as a sequence of bytes.
     * @param b the data to be written
     * @param off the start offset in the data
     * @param len the number of bytes that are written
     * @exception IOException If an I/O error has occurred.
     */
    private native int readBytes(byte b[], int off, int len) throws IOException; // native调用
    /**
     * Reads up to <code>b.length</code> bytes of data from this input
     * stream into an array of bytes. This method blocks until some input
     * is available.
     *
     * @param      b   the buffer into which the data is read.
     * @return     the total number of bytes read into the buffer, or
     *             <code>-1</code> if there is no more data because the end of
     *             the file has been reached.
     * @exception  IOException  if an I/O error occurs.
     */
    public int read(byte b[]) throws IOException {
        return readBytes(b, 0, b.length);
    }

从jdk源码中,我们找到FileInputStream.c(/jdk/src/share/native/java/io),此文件定义了对应文件的native调用.

// FileInputStream.c
JNIEXPORT jint JNICALL
Java_java_io_FileInputStream_readBytes(JNIEnv *env, jobject this,
        jbyteArray bytes, jint off, jint len) {
    return readBytes(env, this, bytes, off, len, fis_fd);
}

我们观察下当前的目录,可以看到java 对典型的四种unix like的系统(bsd, linux, macosx, solaris), 以及windows 提供了特殊实现。share是公用部分。

在头部获取文件fd field (fd 是非负正整数,用来标识打开文件)

// FileInputStream.c
JNIEXPORT void JNICALL
Java_java_io_FileInputStream_initIDs(JNIEnv *env, jclass fdClass) {
    fis_fd = (*env)->GetFieldID(env, fdClass, "fd", "Ljava/io/FileDescriptor;"); /* fd field,后面用来获取 fd */
}

继续调用readBytes

// ioutil.c
jint
readBytes(JNIEnv *env, jobject this, jbyteArray bytes,
          jint off, jint len, jfieldID fid)
{
    jint nread;
    char stackBuf[BUF_SIZE];
    char *buf = NULL;
    FD fd;
    if (IS_NULL(bytes)) {
        JNU_ThrowNullPointerException(env, NULL);
        return -1;
    }
    if (outOfBounds(env, off, len, bytes)) { /* 越界判断 */
        JNU_ThrowByName(env, "java/lang/IndexOutOfBoundsException", NULL);
        return -1;
    }
    if (len == 0) {
        return 0;
    } else if (len > BUF_SIZE) {
        buf = malloc(len); /* 缓冲区不足,动态分配内存 */
        if (buf == NULL) {
            JNU_ThrowOutOfMemoryError(env, NULL);
            return 0;
        }
    } else {
        buf = stackBuf;
    }
    fd = GET_FD(this, fid); /* 获取fd */
    if (fd == -1) {
        JNU_ThrowIOException(env, "Stream Closed");
        nread = -1;
    } else {
        nread = IO_Read(fd, buf, len); /* 执行read,系统调用 */
        if (nread > 0) {
            (*env)->SetByteArrayRegion(env, bytes, off, nread, (jbyte *)buf);
        } else if (nread == -1) {
            JNU_ThrowIOExceptionWithLastError(env, "Read error");
        } else { /* EOF */
            nread = -1;
        }
    }
    if (buf != stackBuf) {
        free(buf); /* 失败释放内存 */
    }
    return nread;
}

我们继续看看IO_Read的实现,是个宏定义

#define IO_Read handleRead

handleRead有两种实现

solaris实现:

// /jdk/src/solaris/native/java/io/io_util_md.c
ssize_t
handleRead(FD fd, void *buf, jint len)
{
    ssize_t result;
    RESTARTABLE(read(fd, buf, len), result);
    return result;
}
/*
 * Retry the operation if it is interrupted
 */
#define RESTARTABLE(_cmd, _result) do { \
    do { \
        _result = _cmd; \
    } while((_result == -1) && (errno == EINTR)); \ /* 如果是中断,则不断重试,避免进程调度等待*/
} while(0)

read方法可以参考unix man page

windows实现:

// jdk/src/windows/native/java/io/io_util_md.c
JNIEXPORT
jint
handleRead(FD fd, void *buf, jint len)
{
    DWORD read = 0;
    BOOL result = 0;
    HANDLE h = (HANDLE)fd;
    if (h == INVALID_HANDLE_VALUE) {
        return -1;
    }
    result = ReadFile(h,          /* File handle to read */
                      buf,        /* address to put data */
                      len,        /* number of bytes to read */
                      &read,      /* number of bytes read */
                      NULL);      /* no overlapped struct */
    if (result == 0) {
        int error = GetLastError();
        if (error == ERROR_BROKEN_PIPE) {
            return 0; /* EOF */
        }
        return -1;
    }
    return (jint)read;
}

3.java异常初探

// jdk/src/share/native/common/jni_util.c
/**
 * Throw a Java exception by name. Similar to SignalError.
 */
JNIEXPORT void JNICALL
JNU_ThrowByName(JNIEnv *env, const char *name, const char *msg)
{
    jclass cls = (*env)->FindClass(env, name);
    if (cls != 0) /* Otherwise an exception has already been thrown */
        (*env)->ThrowNew(env, cls, msg); /* 调用JNI 接口*/
}
/* JNU_Throw common exceptions */
JNIEXPORT void JNICALL
JNU_ThrowNullPointerException(JNIEnv *env, const char *msg)
{
    JNU_ThrowByName(env, "java/lang/NullPointerException", msg);
}

最后是调用JNI:

// hotspot/src/share/vm/prims/jni.h
jint ThrowNew(jclass clazz, const char *msg) {
        return functions->ThrowNew(this, clazz, msg);
    }
jint (JNICALL *ThrowNew)
      (JNIEnv *env, jclass clazz, const char *msg);

4.总结

很多高级语言,有着不同的编程范式,但是归根到底还是(c语言)系统调用,c语言能够在更低的层面做非常多的优化。如果我们了解了这些底层的系统调用,就能看到问题的本质。

到此这篇关于详解Java的readBytes是怎么实现的的文章就介绍到这了,更多相关Java readBytes内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家!

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