【转】值得一用的 IO 神器 Okio

标签：Buffer segment 一用 next byteCount IO Okio Segment

IO 神器 Okio

官方是这么介绍 Okio 的：

Okio is a library that complements java.io and java.nio to make it much easier to access, store, and process your data. It started as a component of OkHttp, the capable HTTP client included in Android. It’s well-exercised and ready to solve new problems.

重点是这一句它使访问，存储和处理数据变得更加容易，既然 Okio 是对 java.io 的补充，那是否比传统 IO 好用呢？

看下 Okio 这么使用的，用它读写一个文件试试：

    // OKio写文件 
    private static void writeFileByOKio() {
        try (Sink sink = Okio.sink(new File(path));
             BufferedSink bufferedSink = Okio.buffer(sink)) {
            bufferedSink.writeUtf8("write" + "\n" + "success!");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    //OKio读文件
    private static void readFileByOKio() {
        try (Source source = Okio.source(new File(path));
             BufferedSource bufferedSource = Okio.buffer(source)) {
            for (String line; (line = bufferedSource.readUtf8Line()) != null; ) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

从代码中可以看出，读写文件关键一步要创建出 BufferedSource 或 BufferedSink 对象。有了这两个对象，就可以直接读写文件了。

Okio为我们提供的 BufferedSink 和 BufferedSource 就具有以下基本所有的功能，不需要再串上一系列的装饰类

现在开始好奇Okio是怎么设计成这么好用的？看一下它的类设计：

在Okio读写使用中，比较关键的类有 Source、Sink、BufferedSource、BufferedSink。

Source 和 Sink

Source 和 Sink 是接口，类似传统 IO 的 InputStream 和 OutputStream，具有输入、输出流功能。

Sourec 接口主要用来读取数据，而数据的来源可以是磁盘，网络，内存等。

public interface Source extends Closeable {
  long read(Buffer sink, long byteCount) throws IOException;
  Timeout timeout();
  @Override void close() throws IOException;
}

Sink 接口主要用来写入数据。

public interface Sink extends Closeable, Flushable {
  void write(Buffer source, long byteCount) throws IOException;
  @Override void flush() throws IOException;
  Timeout timeout();
  @Override void close() throws IOException;
}

BufferedSource 和 BufferedSink

BufferedSource 和 BufferedSink 是对 Source 和 Sink 接口的扩展处理。Okio 将常用方法封装在 BufferedSource/BufferedSink 接口中，把底层字节流直接加工成需要的数据类型，摒弃 Java IO 中各种输入流和输出流的嵌套，并提供了很多方便的 api，比如 readInt()、readString()

public interface BufferedSource extends Source, ReadableByteChannel {
  Buffer getBuffer();
  int readInt() throws IOException;
  String readString(long byteCount, Charset charset) throws IOException;
}

public interface BufferedSink extends Sink, WritableByteChannel {
  Buffer buffer();
  BufferedSink writeInt(int i) throws IOException;
  BufferedSink writeString(String string, int beginIndex, int endIndex, Charset charset)
      throws IOException;
}

RealBufferedSink 和 RealBufferedSource

上面的 BufferedSource 和 BufferedSink 都还是接口，它们对应的实现类就是 RealBufferedSink 和 RealBufferedSource 了。

final class RealBufferedSource implements BufferedSource {
  public final Buffer buffer = new Buffer();
  
  @Override public String readString(Charset charset) throws IOException {
    if (charset == null) throw new IllegalArgumentException("charset == null");
    buffer.writeAll(source);
    return buffer.readString(charset);
  }
  
  //...
}

final class RealBufferedSink implements BufferedSink {
  public final Buffer buffer = new Buffer();
  
  @Override public BufferedSink writeString(String string, int beginIndex, int endIndex,
      Charset charset) throws IOException {
    if (closed) throw new IllegalStateException("closed");
    buffer.writeString(string, beginIndex, endIndex, charset);
    return emitCompleteSegments();
  }
  //...
}

RealBufferedSource 和 RealBufferedSink 内部都维护一个 Buffer 对象。里面的实现方法，最终实现都转到 Buffer 对象处理。所以这个 Buffer 类可以说是 Okio 的灵魂所在。下面会详细介绍。

Buffer

Buffer 的好处是以数据块 Segment 从 InputStream 读取数据的，相比单个字节读取来说，效率提高了，是一种空间换时间的策略。

public final class Buffer implements BufferedSource, BufferedSink, Cloneable, ByteChannel {
  Segment head;
  @Override public Buffer getBuffer() {
    return this;
  }
  
  @Override public String readString(long byteCount, Charset charset) throws EOFException {
    checkOffsetAndCount(size, 0, byteCount);
    if (charset == null) throw new IllegalArgumentException("charset == null");
    if (byteCount > Integer.MAX_VALUE) {
      throw new IllegalArgumentException("byteCount > Integer.MAX_VALUE: " + byteCount);
    }
    if (byteCount == 0) return "";
    Segment s = head;
    if (s.pos + byteCount > s.limit) {
      // If the string spans multiple segments, delegate to readBytes().
      return new String(readByteArray(byteCount), charset);
    }
    String result = new String(s.data, s.pos, (int) byteCount, charset);
    s.pos += byteCount;
    size -= byteCount;
    if (s.pos == s.limit) {
      head = s.pop();
      SegmentPool.recycle(s);
    }
    return result;
  }
  //...
}

从代码中可以看出，这个 Buffer 是个集大成者，实现了 BufferedSink 和 BufferedSource 的接口，也就是意味着它同时具有读和写的功能。

Buffer 包含了指向第一个和最后一个 Segment 的引用，以及当前读写位置等信息。当进行读写操作时，Buffer 会在 Segment 之间移动，而不需要进行数据的实际拷贝。那 Segment ，又是什么呢？

final class Segment {
  //大小是8kb
  static final int SIZE = 8192;
  //读取数据的起始位置
  int pos;
  //写数据的起始位置
  int limit;
  //后继
  Segment next;
  //前继
  Segment prev;
  
  //将当前的Segment对象从双向链表中移除，并返回链表中的下一个结点作为头结点
  public final @Nullable Segment pop() {
    Segment result = next != this ? next : null;
    prev.next = next;
    next.prev = prev;
    next = null;
    prev = null;
    return result;
  }
  //向链表中当前结点的后面插入一个新的Segment结点对象，并移动next指向新插入的结点
  public final Segment push(Segment segment) {
    segment.prev = this;
    segment.next = next;
    next.prev = segment;
    next = segment;
    return segment;
  }
  //单个Segment空间不足以存储写入的数据时，就会尝试拆分为两个Segment
  public final Segment split(int byteCount) {
   //...
  }
  //合并一些邻近的Segment
  public final void compact() {
     
  }
}

从 pop 和 push 方法可以看出 Segment 是一个双向链表的数据结构。一个 Segment 大小是 8kb。正是由于 Segment 使 IO 读写操作能如此高效。

和 Segment 紧密相关的还有一个 `SegmentPoll 。

final class SegmentPool {
  static final long MAX_SIZE = 64 * 1024;
  static @Nullable Segment next;
  
  //当池子里面有空闲的 Segment 就直接复用，否则就创建一个新的 Segment
  static Segment take() {
    synchronized (SegmentPool.class) {
      if (next != null) {
        Segment result = next;
        next = result.next;
        result.next = null;
        byteCount -= Segment.SIZE;
        return result;
      }
    }
    return new Segment(); // Pool is empty. Don't zero-fill while holding a lock.
  }
  //回收 segment 进行复用，提高效率
  static void recycle(Segment segment) {
    if (segment.next != null || segment.prev != null) throw new IllegalArgumentException();
    if (segment.shared) return; // This segment cannot be recycled.
    synchronized (SegmentPool.class) {
      if (byteCount + Segment.SIZE > MAX_SIZE) return; // Pool is full.
      byteCount += Segment.SIZE;
      segment.next = next;
      segment.pos = segment.limit = 0;
      next = segment;
    }
  }
}

SegmentPool 是一个缓存 Segment 的池，它有 64kb 大小也就是 8 个 Segment 的长度。既然作为一个池，就和线程池的作用类似，为了复用前面被回收的 Segment。recycle() 方法的作用则是回收一个 Segment 对象。被回收的 Segment 对象将会被插入到 SegmentPool 中的单链表的头部，以便后面继续复用。

SegmentPool 的作用防止已申请的资源被回收，增加资源的重复利用，减少 GC，过于频繁的 GC 是会降低性能的

可以看到 Okio 在内存优化上下了很大的功夫，提升了资源的利用率，从而提升了性能。

总结

不仅如此，Okio还提供其他很有用的功能：

比如提供了一系列的方便工具

GZip的透明处理
对数据计算md5、sha1等都提供了支持，对数据校验非常方便

作者：树獭非懒

链接：https://juejin.cn/post/6923902848908394510

标签：Buffer,segment,一用,next,byteCount,IO,Okio,Segment
From： https://www.cnblogs.com/jmcui/p/17640768.html