[Java/字节流/BytesReader] 核心源码精讲: ByteArrayInputStream(字节数组输入流，JDK 1.0-)

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序

在物联网领域、通信领域，时常涉及直接从二进制字节数据中读取指定区域的字节数据，完成通信协议报文的解析/反序列化等操作。

直接读取字节数据，能节约诸多资源、提高程序处理性能。
而Java idk io模块内自带的 ByteArrayInputStream 是一个很好的字节流处理组件。(本文聚焦的对象)

最近半年，笔者约摸70-80％的时间都花在了研究、设计、处理【端云通信协议】及其二进制报文数据。
此篇，是用到jdk中的一个较为底层的组件。感兴趣的朋友可以阅读一二。
也推荐阅读: java io模块的字符流处理组件 StringReader。

(参见文末的推荐阅读文献)

概述 : ByteArrayInputStream(字节数组输入流)

简介

字节数组输入流在内存中创建一个字节数组缓冲区，从输入流读取的数据保存在该字节数组缓冲区中。

java.io.ByteArrayInputStream : 自 JDK 1.0 起即有此类

创建对象的方式

创建字节数组输入流对象有以下几种方式。

方式1 接收字节数组作为参数创建：

ByteArrayInputStream bArray = new ByteArrayInputStream(byte [] a);

方式2 接收一个字节数组，和两个整形变量 off、len，off表示第一个读取的字节，len表示读取字节的长度。

ByteArrayInputStream bArray = new ByteArrayInputStream(byte []a, int off, int len)

成功创建字节数组输入流对象后，可以参见以下列表中的方法，对流进行读操作或其他操作。

常用API

序号	方法描述
1	public int read() 从此输入流中读取下一个数据字节。
2	public int read(byte[] r, int off, int len) 将最多 `len` 个数据字节从此输入流读入字节数组。
3	public int available() 返回可不发生阻塞地从此输入流读取的字节数。
4	public void mark(int read) 设置流中的当前标记位置。
5	public long skip(long n) 从此输入流中跳过 `n` 个输入字节。

示例

下面的例子演示了ByteArrayInputStream 和 ByteArrayOutputStream的使用：

import java.io.*;  public class ByteStreamTest {     public static void main(String args[])throws IOException {        ByteArrayOutputStream bOutput = new ByteArrayOutputStream(12);        while( bOutput.size()!= 10 ) {          // 获取用户输入值          bOutput.write(System.in.read());       }        byte b [] = bOutput.toByteArray();       System.out.println("Print the content");       for(int x= 0 ; x < b.length; x++) {          // 打印字符          System.out.print((char)b[x]  + "   ");       }       System.out.println("   ");        int c;        ByteArrayInputStream bInput = new ByteArrayInputStream(b);        System.out.println("Converting characters to Upper case " );       for(int y = 0 ; y < 1; y++ ) {          while(( c= bInput.read())!= -1) {             System.out.println(Character.toUpperCase((char)c));          }          bInput.reset();       }    } }

out

asdfghjkly Print the content a   s   d   f   g   h   j   k   l   y Converting characters to Upper case A S D F G H J K L Y

最佳实践

基于封装 ByteArrayInputStream 的 `BytesReader`

BytesReader

import lombok.SneakyThrows; import lombok.extern.slf4j.Slf4j; import sun.misc.Unsafe;  import java.io.*; import java.lang.reflect.Field; import java.util.Map;  /**  * 以字节数据为源的读取器  * @note 核心原理: 基于字节流工具类 {@link ByteArrayInputStream } 读取字节数据  * @updateTime 2025.6.26 13:50  */ @Slf4j public class BytesReader {     private ByteArrayInputStream byteArrayInputStream;      public BytesReader(byte [] bytes) {         this.byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(bytes);     }      public BytesReader(byte [] bytes, int offset, int length) {         this.byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(bytes, offset, length);     }      public int read(){         return this.byteArrayInputStream.read();     }      /**      * 读取1个字节      * @return      */     public byte readByte(){         int byteSize = 1;         byte [] targetBuffer = new byte[byteSize];         int off = 0;//目标字节数组的起始位置         int readSize = read(targetBuffer, off, byteSize);         if(log.isDebugEnabled()){             log.debug("off:{}, readSize:{}", off, readSize);         }         return targetBuffer[0];     }      public Map.Entry<Integer, byte[]> readBytes(int length){         byte [] destinationBuffer = new byte[ length];         int destinationBufferOffset = 0;         int destinationBufferLength = destinationBuffer.length;         int actualLength = this.byteArrayInputStream.readNBytes(destinationBuffer, destinationBufferOffset, destinationBufferLength);          final Map.Entry<Integer, byte[]> result = new Map.Entry<Integer, byte[]>() {             @Override             public Integer getKey() {                 return actualLength;             }              @Override             public byte[] getValue() {                 return destinationBuffer;             }              @Override             public byte[] setValue(byte[] value) {                 throw new RuntimeException("Not support set value method!");             }         };         return result;     }      /**      * 从指定的位置读取最多 length 个字节数据，并存放到 targetBuffer 中      * @param destinationBuffer 目标字节数组      * @param destinationBufferOffset 目标字节数组的起始位置 （容易理解错误，多注意）      * @param length 要读取的字节数      * @return      */     public int read(byte destinationBuffer[], int destinationBufferOffset, int length){         return this.byteArrayInputStream.readNBytes(destinationBuffer, destinationBufferOffset, length);     }     public int read(byte destinationBuffer[], int length){         int destinationBufferOffset = 0;         return this.byteArrayInputStream.readNBytes(destinationBuffer, destinationBufferOffset, length);     }     public int read(byte destinationBuffer[]){         int destinationBufferOffset = 0;         int destinationBufferLength = destinationBuffer.length;         return this.byteArrayInputStream.readNBytes(destinationBuffer, destinationBufferOffset, destinationBufferLength);     }      public long skip(int length){         return byteArrayInputStream.skip(length);     }      /**      * 获取下一字节的位置      * @description      *  1. 利用反射原理，将 java.io.ByteArrayInputStream 的 private 属性 pos 读取出来      *  2. 不建议高频调用 (影响调用程序的性能)      * @return      */     @SneakyThrows     public int next(){         int next = Integer.MIN_VALUE; //读取失败时，以此值为标志         //反射方法1 : Java 17 中需结合 VM Option 参数 : `--add-opens java.base/java.io=ALL-UNNAMED`         //java.lang.reflect.Field field = java.io.ByteArrayInputStream.class.getDeclaredField("pos");         //field.setAccessible(true);         //next = field.getInt( this );//读取 next 的值         ////field.set(this, Integer.MIN_VALUE);//设置字段的值          //反射方法2: 基于 Unsafe         Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");         unsafeField.setAccessible(true);         Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);         // 获取私有字段的偏移量         Field nextField = ByteArrayInputStream.class.getDeclaredField("pos");         long offset = unsafe.objectFieldOffset(nextField);         next = unsafe.getInt(this.byteArrayInputStream, offset);         //unsafe.putInt(byteArrayInputStream, offset, 10);// 设置字段值          return next;//next : 下标从 0 开始; 即将读取的下一个 char 的下标位置     }      public Boolean hasNext(){         return byteArrayInputStream.available() > 0;     } }

Demo

 import lombok.extern.slf4j.Slf4j; import org.junit.jupiter.api.Test;  import java.util.Map;  @Slf4j public class BytesReaderTest {     /**      * 读取字节数据      */     @Test     public void readBytesTest(){         byte bytes [] = new byte [] { 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08, 0x09, 0x10, 0x11, 0x12, 0x13, 0x14, 0x15, 0x16 };         BytesReader bytesReader = new BytesReader(bytes);         int offset = 0;         while (bytesReader.hasNext()) {             try {                 offset = bytesReader.next();                 //log.info("bytes[{}] : 0x{}", offset,  BytesUtils.byteToHexString( bytesReader.readByte() ) );//每次读取1个字节                  int readSize = 3;//每次读取的字节数                 Map.Entry<Integer, byte[]> readResult = bytesReader.readBytes(readSize);                 int actualLength = readResult.getKey();                 byte [] readBytes = readResult.getValue();                 log.info("bytes[offset={}] : 0x{}, actualLength:{}", offset,  BytesUtils.bytesToHexString( readBytes ), actualLength );//eg: "bytes[offset=0] : 0x010203, actualLength:3" , "bytes[offset=15] : 0x160000, actualLength:1"             } catch (Exception e) {                 e.printStackTrace();             }         }     } }

out

[2025/06/26 14:12:54.921] [INFO ] [main] [com.xxx.sdk.utils.bytes.BytesReaderTest                     :27 readBytesTest] bytes[offset=0] : 0x010203, actualLength:3 [2025/06/26 14:12:54.927] [INFO ] [main] [com.xxx.sdk.utils.bytes.BytesReaderTest                     :27 readBytesTest] bytes[offset=3] : 0x040506, actualLength:3 [2025/06/26 14:12:54.928] [INFO ] [main] [com.xxx.sdk.utils.bytes.BytesReaderTest                     :27 readBytesTest] bytes[offset=6] : 0x070809, actualLength:3 [2025/06/26 14:12:54.929] [INFO ] [main] [com.xxx.sdk.utils.bytes.BytesReaderTest                     :27 readBytesTest] bytes[offset=9] : 0x101112, actualLength:3 [2025/06/26 14:12:54.929] [INFO ] [main] [com.xxx.sdk.utils.bytes.BytesReaderTest                     :27 readBytesTest] bytes[offset=12] : 0x131415, actualLength:3 [2025/06/26 14:12:54.930] [INFO ] [main] [com.xxx.sdk.utils.bytes.BytesReaderTest                     :27 readBytesTest] bytes[offset=15] : 0x160000, actualLength:1