java io系列09之 FileDescriptor总结

本章对FileDescriptor进行介绍

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FileDescriptor 介绍

FileDescriptor 是“文件描述符”。
FileDescriptor 可以被用来表示开放文件、开放套接字等。
以FileDescriptor表示文件来说：当FileDescriptor表示某文件时，我们可以通俗的将FileDescriptor看成是该文件。但是，我们不能直接通过FileDescriptor对该文件进行操作；若需要通过FileDescriptor对该文件进行操作，则需要新创建FileDescriptor对应的FileOutputStream，再对文件进行操作。

in, out, err介绍

(01) in  -- 标准输入(键盘)的描述符
(02) out -- 标准输出(屏幕)的描述符
(03) err -- 标准错误输出(屏幕)的描述符

它们3个的原理和用法都类似，下面我们通过out来进行深入研究。

out 的作用和原理

out是标准输出(屏幕)的描述符。但是它有什么作用呢？
我们可以通俗理解，out就代表了标准输出(屏幕)。若我们要输出信息到屏幕上，即可通过out来进行操作；但是，out又没有提供输出信息到屏幕的接口(因为out本质是FileDescriptor对象，而FileDescriptor没有输出接口)。怎么办呢？
很简单，我们创建out对应的“输出流对象”，然后通过“输出流”的write()等输出接口就可以将信息输出到屏幕上。如下代码：

try {
    FileOutputStream out = new FileOutputStream(FileDescriptor.out);
    out.write('A');
    out.close();
} catch (IOException e) {
}

执行上面的程序，会在屏幕上输出字母'A'。

为了方便我们操作，java早已为我们封装好了“能方便的在屏幕上输出信息的接口”：通过System.out，我们能方便的输出信息到屏幕上。
因此，我们可以等价的将上面的程序转换为如下代码：
System.out.print('A');

 

下面讲讲上面两段代码的原理
查看看out的定义。它的定义在FileDescriptor.java中，相关源码如下：

public final class FileDescriptor {

    private int fd;

    public static final FileDescriptor out = new FileDescriptor(1);
    
    private FileDescriptor(int fd) {
        this.fd = fd;
        useCount = new AtomicInteger();
    }

    ...
}

从中，可以看出
(01) out就是一个FileDescriptor对象。它是通过构造函数FileDescriptor(int fd)创建的。
(02) FileDescriptor(int fd)的操作：就是给fd对象(int类型)赋值，并新建一个使用计数变量useCount。
fd对象是非常重要的一个变量，“fd=1”就代表了“标准输出”，“fd=0”就代表了“标准输入”，“fd=2”就代表了“标准错误输出”。

FileOutputStream out = new FileOutputStream(FileDescriptor.out); 就是利用构造函数FileOutputStream(FileDescriptor fdObj)来创建“Filed.out对应的FileOutputStream对象”。

关于System.out是如何定义的。可以参考" 深入了解System.out.println("hello world"); "
TODO

通过上面的学习，我们知道，我们可以自定义标准的文件描述符[即，in(标准输入),out(标准输出),err(标准错误输出)]的流，从而完成输入/输出功能；但是，java已经为我们封装好了相应的接口，即我们可以更方便的System.in, System.out, System.err去使用它们。
另外，我们也可以自定义“文件”、“Socket”等的文件描述符，进而对它们进行操作。参考下面示例代码中的testWrite(), testRead()等接口。

示例代码

源码如下(FileDescriptorTest.java)： 

import java.io.PrintStream;
import java.io.FileDescriptor;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

/**
 * FileDescriptor 测试程序
 *
 * @author skywang
 */
public class FileDescriptorTest {

    private static final String FileName = "file.txt";
    private static final String OutText = "Hi FileDescriptor";
    public static void main(String[] args) {
        testWrite();
        testRead();

        testStandFD() ;
        //System.out.println(OutText);
    }

    /**
     * FileDescriptor.out 的测试程序
     *
     * 该程序的效果 等价于 System.out.println(OutText);
     */
    private static void testStandFD() {
        // 创建FileDescriptor.out 对应的PrintStream
        PrintStream out = new PrintStream(
                new FileOutputStream(FileDescriptor.out));
        // 在屏幕上输出“Hi FileDescriptor”
        out.println(OutText);
        out.close();
    }

    /**
     * FileDescriptor写入示例程序
     * 
     * (01) 为了说明，"通过文件名创建FileOutputStream"与“通过文件描述符创建FileOutputStream”对象是等效的
     * (02) 该程序会在“该源文件”所在目录新建文件"file.txt"，并且文件内容是"Aa"。
     */
    private static void testWrite() {
        try {
            // 新建文件“file.txt”对应的FileOutputStream对象
            FileOutputStream out1 = new FileOutputStream(FileName);
            // 获取文件“file.txt”对应的“文件描述符”
            FileDescriptor fdout = out1.getFD();
            // 根据“文件描述符”创建“FileOutputStream”对象
            FileOutputStream out2 = new FileOutputStream(fdout);

            out1.write('A');    // 通过out1向“file.txt”中写入'A'
            out2.write('a');    // 通过out2向“file.txt”中写入'A'

            if (fdout!=null)
                System.out.printf("fdout(%s) is %s
",fdout, fdout.valid());

            out1.close();
            out2.close();

        } catch(IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * FileDescriptor读取示例程序
     *
     * 为了说明，"通过文件名创建FileInputStream"与“通过文件描述符创建FileInputStream”对象是等效的
     */
    private static void testRead() {
        try {
            // 新建文件“file.txt”对应的FileInputStream对象
            FileInputStream in1 = new FileInputStream(FileName);
            // 获取文件“file.txt”对应的“文件描述符”
            FileDescriptor fdin = in1.getFD();
            // 根据“文件描述符”创建“FileInputStream”对象
            FileInputStream in2 = new FileInputStream(fdin);

            System.out.println("in1.read():"+(char)in1.read());
            System.out.println("in2.read():"+(char)in2.read());

            if (fdin!=null)
                System.out.printf("fdin(%s) is %s
", fdin, fdin.valid());

            in1.close();
            in2.close();
        } catch(IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：

fdout(java.io.FileDescriptor@2b820dda) is true
in1.read():A
in2.read():a
fdin(java.io.FileDescriptor@675b7986) is true
Hi FileDescriptor