Как именно работает метод read() у InputStream?

#java #io

Как же все-таки устроена работа метода read():


Почему метод возвращает int а не byte?
Почему возвращается byte как int в диапазоне от 0 до 255?
Почему метод не может возвращать byte?
Что вернет метод если он считает -1 из входного потока?

    

Ответы

Ответ 1

Почему метод read() класса InputStream возвращает int, а не byte?


Попробуйте выполнить такой код:

byte myByte = -3; // 11111101

byte[] myArray = {myByte};
InputStream in = new ByteArrayInputStream(myArray);

int myInt = in.read();
System.out.println(myInt); // 253


В консоль выводится 253, а не -3.

Почему так происходит?

Тип данных int в Java является дополненнным до двух целым числом и использует 32
бита вместо 8.

В 32х битном виде число 253 будет:

00000000000000000000000011111101


т.е. метод read() возвращает не само значение byte, а его представление в 32х битном
виде.




  Как хранятся значения в int и в byte ?


| число | 32 bit                           |   8 bit  |
  -----   --------------------------------   --------
|   . . |  . . . . . . . . . . . . . . . . |
|   . . |  . . . . . . . . . . . . . . . . |
|  -128 | 11111111111111111111111110000000 | 10000000 |
|  -127 | 11111111111111111111111110000001 | 10000001 |
|  -126 | 11111111111111111111111110000010 | 10000010 |
|  -125 | 11111111111111111111111110000011 | 10000011 |
|   . . |  . . . . . . . . . . . . . . . . |  . . . . |
|   . . |  . . . . . . . . . . . . . . . . |  . . . . |
|    -2 | 11111111111111111111111111111110 | 11111110 |
|    -1 | 11111111111111111111111111111111 | 11111111 |
|     0 | 00000000000000000000000000000000 | 00000000 |
|     1 | 00000000000000000000000000000001 | 00000001 |
|     2 | 00000000000000000000000000000010 | 00000010 |
|   . . |  . . . . . . . . . . . . . . . . |  . . . . |
|   . . |  . . . . . . . . . . . . . . . . |  . . . . |
|   125 | 00000000000000000000000001111101 | 01111101 |
|   126 | 00000000000000000000000001111110 | 01111110 |
|   127 | 00000000000000000000000001111111 | 01111111 |
|   . . |  . . . . . . . . . . . . . . . . |
|   . . |  . . . . . . . . . . . . . . . . |




Диапазон byte в Java лежит от -128 до 127, а возвращаемое значение метода read()
лежит в диапазоне от 0 до 255


  Что происходит с числом byte в методе read()?


Чтобы получить представление byte в int в методе read() используется побитовое «И»
c числом 255, т.е. убираем лидирующие единицы.

| число | 32 bit                           |
  -----   --------------------------------
|    -3 | 11111111111111111111111111111101 |
 И
|   255 | 00000000000000000000000011111111 |
 =
|   253 | 00000000000000000000000011111101 |


Чтобы из представления получить обратно значение byte в int, нужно выполнить обратную
операцию побитовое «ИЛИ» c числом -256, т.е. добавляем лидирующие единицы.

| число | 32 bit                           |
  -----   --------------------------------
|   253 | 00000000000000000000000011111101 |
 ИЛИ
|  -256 | 11111111111111111111111100000000 |
 =
|    -3 | 11111111111111111111111111111101 |





  Что происходит с числом byte == -1 в методе read()?


То же самое: убираем лидирующие единицы.

| число | 32 bit                           |
  -----   --------------------------------
|    -1 | 11111111111111111111111111111111 |
 И
|   255 | 00000000000000000000000011111111 |
 =
|   255 | 00000000000000000000000011111111 |


Ответ 2

На все 4 вопроса вообще один ответ. Возвращается int потому что надо такой тип, который
может вместить в себя один байт (реальные данные) плюс одно служебное значение (это
тот самый -1), которое является признаком окончания чтения. 

Вообще конечно можно бы было спроектировать метод read() так, чтобы он возвращал
byte. Но тогда этот метод в случае окончания потока либо должен был бросать исключение,
либо вводить допольнительный метод, при помощи которого бы можно было проверять окончание
потока. С обоими способами бы были проблемы, т.к. с исключениями у программистов всегда
бы оно ловилось, а природа исключений немного другая. А с дополнительным методом нельзя
заставить обязать программиста его везде вызывать (ведь если этот вызов будет опущен,
то как отделить, когда из потока методом read возращается 0 с данными от 0 когда данных нет.

Вообще говоря, этот метод редко используется, в основном из-за своих проблем с производительностью.
Предпочтение отдаётся методу read(byte[]), который читает сразу массив байт.

P.S. Другой вопрос почему тут выбрали int, а не short. Точных причин сказать не могу,
но скорее потому, что short считается неполноценным братом int. Многие арифметические
алгоритмы предпочитают использовать всегда int, даже когда точно известно, что диапазона
short вполне хватит. И ещё есть момент с short. JVM-инструкции более заточены на int,
нежели на short.