编辑“︁Java BufferedInputStream”︁

{{Note|本文适用于Java初学者及需要了解缓冲输入流的开发者。所有示例基于Java 8+环境。}}

= Java BufferedInputStream =

'''BufferedInputStream'''是Java I/O库中提供的一个带有缓冲功能的输入流类，通过减少底层系统的实际读取操作次数来提高I/O效率。它继承自`FilterInputStream`，属于装饰器模式（Decorator Pattern）的典型应用。

== 核心原理 ==
<mermaid>
flowchart LR
    A[应用程序] -->|read| B(BufferedInputStream)
    B -->|批量读取| C[底层InputStream]
    C -->|填充缓冲区| B
    B -->|从缓冲区提供数据| A
</mermaid>

数学上，设单次系统调用耗时为<math>t_{sys}</math>，缓冲区大小为<math>n</math>字节，则读取<math>m</math>字节数据的理论耗时从<math>m \cdot t_{sys}</math>降低至<math>\lceil m/n \rceil \cdot t_{sys}</math>

== 构造函数 ==
提供两种主要构造方式：

<syntaxhighlight lang="java">
// 方式1：使用默认缓冲区大小（通常8192字节）
InputStream fis = new FileInputStream("test.txt");
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);

// 方式2：自定义缓冲区大小
BufferedInputStream bisCustom = new BufferedInputStream(fis, 16384); // 16KB缓冲区
</syntaxhighlight>

== 核心方法 ==
{| class="wikitable"
! 方法 !! 描述
|-
| `int read()` || 读取单个字节，返回-1表示EOF
|-
| `int read(byte[] b, int off, int len)` || 读取到字节数组的指定位置
|-
| `long skip(long n)` || 跳过指定字节数
|-
| `void mark(int readlimit)` || 设置标记点
|-
| `void reset()` || 返回到标记点
|-
| `boolean markSupported()` || 是否支持标记（BufferedInputStream返回true）
|}

== 性能对比示例 ==
测试读取100MB文件的耗时差异：

<syntaxhighlight lang="java">
public class PerformanceTest {
    static void readWithoutBuffer() throws IOException {
        try (InputStream is = new FileInputStream("largefile.bin")) {
            long start = System.nanoTime();
            while (is.read() != -1); // 逐字节读取
            System.out.printf("无缓冲耗时: %.2fms\n", (System.nanoTime()-start)/1e6);
        }
    }

    static void readWithBuffer() throws IOException {
        try (InputStream is = new BufferedInputStream(new FileInputStream("largefile.bin"))) {
            long start = System.nanoTime();
            while (is.read() != -1); // 通过缓冲读取
            System.out.printf("缓冲耗时: %.2fms\n", (System.nanoTime()-start)/1e6);
        }
    }
}
</syntaxhighlight>

典型输出结果：
<pre>
无缓冲耗时: 4520.17ms
缓冲耗时: 320.45ms
</pre>

== 实际应用场景 ==
=== 场景1：大文件逐行处理 ===
<syntaxhighlight lang="java">
try (BufferedReader br = new BufferedReader(
        new InputStreamReader(
            new BufferedInputStream(
                new FileInputStream("huge_log.txt"))))) {
    
    br.lines().forEach(line -> {
        // 处理每行日志
        if(line.contains("ERROR")) {
            System.out.println("发现错误: " + line);
        }
    });
}
</syntaxhighlight>

=== 场景2：网络资源下载 ===
<syntaxhighlight lang="java">
URL url = new URL("https://example.com/large.zip");
try (BufferedInputStream in = new BufferedInputStream(url.openStream());
     FileOutputStream out = new FileOutputStream("local_copy.zip")) {
    
    byte[] buffer = new byte[8192];
    int bytesRead;
    while ((bytesRead = in.read(buffer)) != -1) {
        out.write(buffer, 0, bytesRead);
    }
}
</syntaxhighlight>

== 高级技巧 ==
=== 缓冲区大小优化 ===
缓冲区大小应考虑：
* 文件平均大小（小文件适合较小缓冲区）
* 可用内存（通常8KB-64KB为宜）
* 存储介质特性（SSD可适当减小缓冲区）

=== 与NIO结合使用 ===
Java NIO的`ByteBuffer`可进一步提升性能：
<syntaxhighlight lang="java">
try (FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get("data.bin"))) {
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(8192); // 直接缓冲区
    while (channel.read(buffer) != -1) {
        buffer.flip();
        // 处理数据...
        buffer.clear();
    }
}
</syntaxhighlight>

== 常见问题 ==
'''Q: 为什么读取完数据后需要关闭流？'''<br>
A: 关闭流会释放系统资源（如文件句柄），且会强制刷新缓冲区。使用try-with-resources可自动处理。

'''Q: 缓冲区大小是否越大越好？'''<br>
A: 过大的缓冲区会导致：①内存浪费 ②延迟首次数据可用时间 ③可能触发GC

'''Q: 如何复用缓冲区？'''<br>
A: 可创建全局缓冲区池（高级用法）：
<syntaxhighlight lang="java">
class BufferPool {
    private static final ConcurrentLinkedQueue<byte[]> pool = new ConcurrentLinkedQueue<>();
    
    static byte[] getBuffer(int size) {
        byte[] buf = pool.poll();
        return buf != null && buf.length >= size ? buf : new byte[size];
    }
    
    static void returnBuffer(byte[] buf) {
        if(buf != null) pool.offer(buf);
    }
}
</syntaxhighlight>

== 最佳实践 ==
1. 始终使用try-with-resources确保流关闭
2. 对敏感数据读取后清空缓冲区：
   <syntaxhighlight lang="java">
   Arrays.fill(buffer, (byte)0); // 清除内存中的敏感数据
   </syntaxhighlight>
3. 考虑使用`BufferedInputStream`包装所有`InputStream`实例（除非确定不需要缓冲）

{{Warning|多线程环境下，`BufferedInputStream`实例不是线程安全的！需要外部同步或使用独立实例。}}

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