编辑“︁Java DataInputStream”︁

{{Note|本教程适用于Java 8及以上版本。部分特性在早期版本中可能不可用。}}

= Java DataInputStream =

'''DataInputStream'''是Java I/O体系中一个重要的二进制数据读取类，它属于<code>java.io</code>包，允许以与机器无关的方式从底层输入流中读取原始Java数据类型（如int、float、double等）。它是装饰器模式的典型应用，需要包装其他<code>InputStream</code>实现类使用。

== 核心特性 ==
* 支持读取Java基本数据类型（<code>readInt()</code>, <code>readDouble()</code>等）
* 采用大端字节序（Big-Endian）读取数据
* 实现<code>DataInput</code>接口
* 线程不安全（需外部同步）
* 读取方法会阻塞直至数据可用

== 类继承关系 ==
<mermaid>
classDiagram
    InputStream <|-- FilterInputStream
    FilterInputStream <|-- DataInputStream
    DataInput <|.. DataInputStream
    class InputStream{
        <<abstract>>
        +read() int
    }
    class FilterInputStream{
        -in: InputStream
    }
    class DataInputStream{
        +readBoolean() boolean
        +readInt() int
        +readUTF() String
    }
    class DataInput{
        <<interface>>
        +readBoolean() boolean
        +readInt() int
    }
</mermaid>

== 基础用法 ==
=== 构造方法 ===
DataInputStream必须包装现有的输入流：
<syntaxhighlight lang="java">
// 示例：包装FileInputStream
FileInputStream fis = new FileInputStream("data.bin");
DataInputStream dis = new DataInputStream(fis);
</syntaxhighlight>

=== 主要方法 ===
{| class="wikitable"
|-
! 方法签名 !! 返回类型 !! 说明
|-
| <code>readBoolean()</code> || boolean || 读取1字节布尔值
|-
| <code>readByte()</code> || byte || 读取1字节
|-
| <code>readShort()</code> || short || 读取2字节（大端序）
|-
| <code>readInt()</code> || int || 读取4字节（大端序）
|-
| <code>readLong()</code> || long || 读取8字节（大端序）
|-
| <code>readFloat()</code> || float || 读取4字节IEEE 754浮点数
|-
| <code>readDouble()</code> || double || 读取8字节IEEE 754浮点数
|-
| <code>readUTF()</code> || String || 读取UTF-8编码字符串
|}

== 代码示例 ==
=== 基础数据读取 ===
<syntaxhighlight lang="java">
try (DataInputStream dis = new DataInputStream(
    new FileInputStream("data.dat"))) {
    
    boolean flag = dis.readBoolean();  // 读取1字节布尔值
    int count = dis.readInt();         // 读取4字节整数
    double price = dis.readDouble();   // 读取8字节浮点数
    String desc = dis.readUTF();       // 读取UTF字符串
    
    System.out.printf("Flag: %b, Count: %d, Price: %.2f, Desc: %s%n",
        flag, count, price, desc);
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}
</syntaxhighlight>

假设<code>data.dat</code>由DataOutputStream写入以下内容：
<syntaxhighlight lang="java">
true 42 3.1415 "Java数据流"
</syntaxhighlight>

输出结果：
<pre>
Flag: true, Count: 42, Price: 3.14, Desc: Java数据流
</pre>

=== 读取字节数组 ===
<syntaxhighlight lang="java">
// 先读取长度，再读取实际数据
int length = dis.readInt();
byte[] buffer = new byte[length];
dis.readFully(buffer);  // 确保读取完整数据
</syntaxhighlight>

== 高级特性 ==
=== 字节序处理 ===
DataInputStream始终使用大端序（Big-Endian）读取数据。如果需要处理小端序数据，可通过<code>ByteBuffer</code>转换：
<syntaxhighlight lang="java">
int littleEndianInt = ByteBuffer.wrap(bytes)
    .order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN)
    .getInt();
</syntaxhighlight>

=== 性能优化 ===
对于高频读取操作，建议添加缓冲层：
<syntaxhighlight lang="java">
DataInputStream dis = new DataInputStream(
    new BufferedInputStream(
        new FileInputStream("large.dat")));
</syntaxhighlight>

=== 异常处理 ===
读取时可能抛出<code>EOFException</code>（文件结尾）或<code>UTFDataFormatException</code>（UTF字符串格式错误）。推荐使用try-with-resources确保资源释放。

== 实际应用案例 ==
=== 场景：网络协议解析 ===
假设需要解析自定义二进制协议：
<mermaid>
sequenceDiagram
    participant Client
    participant Server
    Client->>Server: 发送协议数据包
    Server->>Server: 使用DataInputStream解析
    Note right of Server: 1. 读取魔数(4字节)<br/>2. 读取版本号(1字节)<br/>3. 读取负载长度(4字节)<br/>4. 读取实际数据
    Server-->>Client: 返回响应
</mermaid>

对应代码实现：
<syntaxhighlight lang="java">
public ProtocolPacket parsePacket(InputStream in) throws IOException {
    DataInputStream dis = new DataInputStream(in);
    
    int magicNumber = dis.readInt();     // 协议标识
    if (magicNumber != 0xCAFEBABE) {
        throw new ProtocolException("Invalid magic number");
    }
    
    byte version = dis.readByte();      // 协议版本
    int payloadLength = dis.readInt();   // 数据长度
    byte[] payload = new byte[payloadLength];
    dis.readFully(payload);             // 读取完整负载
    
    return new ProtocolPacket(version, payload);
}
</syntaxhighlight>

== 注意事项 ==
* 读取顺序必须与写入顺序严格一致
* 字符串处理推荐使用<code>readUTF()</code>而非<code>readChar()</code>
* 读取方法会阻塞线程直至数据可用
* 不直接支持随机访问（需结合<code>RandomAccessFile</code>）
* 大文件处理时注意内存限制

== 数学原理 ==
DataInputStream处理浮点数时遵循IEEE 754标准。以<code>readDouble()</code>为例：

读取的8字节转换为double的过程为：
<math>
\text{value} = (-1)^{\text{sign}} \times 2^{\text{exponent}-1023} \times \left(1 + \sum_{i=1}^{52} \frac{\text{bit}_{52-i}}{2^i}\right)
</math>

其中：
* 第1位：符号位（0正1负）
* 2-12位：指数部分（偏移1023）
* 13-64位：尾数部分

== 常见问题 ==
=== Q: 如何判断是否到达文件末尾？ ===
使用<code>available()</code>方法（返回0表示可能到达结尾），但更可靠的方式是捕获<code>EOFException</code>。

=== Q: 为什么读取的数据与写入的不一致？ ===
常见原因包括：
1. 字节序不匹配
2. 读取/写入顺序不一致
3. 未使用相同的编码方式（特别是字符串）

=== Q: 如何处理自定义数据结构？ ===
推荐方案：
<syntaxhighlight lang="java">
public record Person(String name, int age) {}

Person readPerson(DataInputStream dis) throws IOException {
    String name = dis.readUTF();
    int age = dis.readInt();
    return new Person(name, age);
}
</syntaxhighlight>

{{Warning|DataInputStream不提供内置的加密或验证机制，敏感数据传输时应结合加密流（如CipherInputStream）使用。}}

== 总结 ==
DataInputStream是Java二进制数据读取的核心类，其特点包括：
* 类型安全的原始数据类型读取
* 与DataOutputStream完美配对
* 适合协议解析和持久化存储
* 需严格保持读写顺序一致性

对于现代Java开发，也可考虑<code>java.nio</code>包中的<code>ByteBuffer</code>作为替代方案，特别是在需要高性能或灵活字节序处理的场景。

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