Mega Code Archive

 
Categories / Java / File Input Output
 

Circular Byte Buffer

/*  * Circular Byte Buffer  * Copyright (C) 2002 Stephen Ostermiller  * http://ostermiller.org/contact.pl?regarding=Java+Utilities  *  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify  * it under the terms of the GNU General Public License as published by  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or  * (at your option) any later version.  *  * This program is distributed in the hope that it will be useful,  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the  * GNU General Public License for more details.  *  * See COPYING.TXT for details.  */ import java.io.*; /**  * Implements the Circular Buffer producer/consumer model for bytes.  * More information about this class is available from <a target="_top" href=  * "http://ostermiller.org/utils/CircularByteBuffer.html">ostermiller.org</a>.  * <p>  * Using this class is a simpler alternative to using a PipedInputStream  * and a PipedOutputStream. PipedInputStreams and PipedOutputStreams don't support the  * mark operation, don't allow you to control buffer sizes that they use,  * and have a more complicated API that requires instantiating two  * classes and connecting them.  * <p>  * This class is thread safe.  *  * @see CircularCharBuffer  * @see CircularObjectBuffer  *  * @author Stephen Ostermiller http://ostermiller.org/contact.pl?regarding=Java+Utilities  * @since ostermillerutils 1.00.00  */ public class CircularByteBuffer {   /**    * The default size for a circular byte buffer.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   private final static int DEFAULT_SIZE = 1024;   /**    * A buffer that will grow as things are added.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   public final static int INFINITE_SIZE = -1;   /**    * The circular buffer.    * <p>    * The actual capacity of the buffer is one less than the actual length    * of the buffer so that an empty and a full buffer can be    * distinguished.  An empty buffer will have the markPostion and the    * writePosition equal to each other.  A full buffer will have    * the writePosition one less than the markPostion.    * <p>    * There are three important indexes into the buffer:    * The readPosition, the writePosition, and the markPosition.    * If the InputStream has never been marked, the readPosition and    * the markPosition should always be the same.  The bytes    * available to be read go from the readPosition to the writePosition,    * wrapping around the end of the buffer.  The space available for writing    * goes from the write position to one less than the markPosition,    * wrapping around the end of the buffer.  The bytes that have    * been saved to support a reset() of the InputStream go from markPosition    * to readPosition, wrapping around the end of the buffer.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   protected byte[] buffer;   /**    * Index of the first byte available to be read.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   protected volatile int readPosition = 0;   /**    * Index of the first byte available to be written.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   protected volatile int writePosition = 0;   /**    * Index of the first saved byte. (To support stream marking.)    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   protected volatile int markPosition = 0;   /**    * Number of bytes that have to be saved    * to support mark() and reset() on the InputStream.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   protected volatile int markSize = 0;   /**    * If this buffer is infinite (should resize itself when full)    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   protected volatile boolean infinite = false;   /**    * True if a write to a full buffer should block until the buffer    * has room, false if the write method should throw an IOException    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   protected boolean blockingWrite = true;   /**    * The InputStream that can empty this buffer.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   protected InputStream in = new CircularByteBufferInputStream();   /**    * true if the close() method has been called on the InputStream    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   protected boolean inputStreamClosed = false;   /**    * The OutputStream that can fill this buffer.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   protected OutputStream out = new CircularByteBufferOutputStream();   /**    * true if the close() method has been called on the OutputStream    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   protected boolean outputStreamClosed = false;   /**    * Make this buffer ready for reuse.  The contents of the buffer    * will be cleared and the streams associated with this buffer    * will be reopened if they had been closed.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   public void clear(){     synchronized (this){       readPosition = 0;       writePosition = 0;       markPosition = 0;       outputStreamClosed = false;       inputStreamClosed = false;     }   }   /**    * Retrieve a OutputStream that can be used to fill    * this buffer.    * <p>    * Write methods may throw a BufferOverflowException if    * the buffer is not large enough.  A large enough buffer    * size must be chosen so that this does not happen or    * the caller must be prepared to catch the exception and    * try again once part of the buffer has been consumed.    *    *    * @return the producer for this buffer.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   public OutputStream getOutputStream(){     return out;   }   /**    * Retrieve a InputStream that can be used to empty    * this buffer.    * <p>    * This InputStream supports marks at the expense    * of the buffer size.    *    * @return the consumer for this buffer.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   public InputStream getInputStream(){     return in;   }   /**    * Get number of bytes that are available to be read.    * <p>    * Note that the number of bytes available plus    * the number of bytes free may not add up to the    * capacity of this buffer, as the buffer may reserve some    * space for other purposes.    *    * @return the size in bytes of this buffer    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   public int getAvailable(){     synchronized (this){       return available();     }   }   /**    * Get the number of bytes this buffer has free for    * writing.    * <p>    * Note that the number of bytes available plus    * the number of bytes free may not add up to the    * capacity of this buffer, as the buffer may reserve some    * space for other purposes.    *    * @return the available space in bytes of this buffer    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   public int getSpaceLeft(){     synchronized (this){       return spaceLeft();     }   }   /**    * Get the capacity of this buffer.    * <p>    * Note that the number of bytes available plus    * the number of bytes free may not add up to the    * capacity of this buffer, as the buffer may reserve some    * space for other purposes.    *    * @return the size in bytes of this buffer    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   public int getSize(){     synchronized (this){       return buffer.length;     }   }   /**    * double the size of the buffer    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   private void resize(){     byte[] newBuffer = new byte[buffer.length * 2];     int marked = marked();     int available = available();     if (markPosition <= writePosition){       // any space between the mark and       // the first write needs to be saved.       // In this case it is all in one piece.       int length = writePosition - markPosition;       System.arraycopy(buffer, markPosition, newBuffer, 0, length);     } else {       int length1 = buffer.length - markPosition;       System.arraycopy(buffer, markPosition, newBuffer, 0, length1);       int length2 = writePosition;       System.arraycopy(buffer, 0, newBuffer, length1, length2);     }     buffer = newBuffer;     markPosition = 0;     readPosition = marked;     writePosition = marked + available;   }   /**    * Space available in the buffer which can be written.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   private int spaceLeft(){     if (writePosition < markPosition){       // any space between the first write and       // the mark except one byte is available.       // In this case it is all in one piece.       return (markPosition - writePosition - 1);     }     // space at the beginning and end.     return ((buffer.length - 1) - (writePosition - markPosition));   }   /**    * Bytes available for reading.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   private int available(){     if (readPosition <= writePosition){       // any space between the first read and       // the first write is available.  In this case i       // is all in one piece.       return (writePosition - readPosition);     }     // space at the beginning and end.     return (buffer.length - (readPosition - writePosition));   }   /**    * Bytes saved for supporting marks.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   private int marked(){     if (markPosition <= readPosition){       // any space between the markPosition and       // the first write is marked.  In this case i       // is all in one piece.       return (readPosition - markPosition);     }     // space at the beginning and end.     return (buffer.length - (markPosition - readPosition));   }   /**    * If we have passed the markSize reset the    * mark so that the space can be used.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   private void ensureMark(){     if (marked() >= markSize){       markPosition = readPosition;       markSize = 0;     }   }   /**    * Create a new buffer with a default capacity.    * Writing to a full buffer will block until space    * is available rather than throw an exception.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   public CircularByteBuffer(){     this (DEFAULT_SIZE, true);   }   /**    * Create a new buffer with given capacity.    * Writing to a full buffer will block until space    * is available rather than throw an exception.    * <p>    * Note that the buffer may reserve some bytes for    * special purposes and capacity number of bytes may    * not be able to be written to the buffer.    * <p>    * Note that if the buffer is of INFINITE_SIZE it will    * neither block or throw exceptions, but rather grow    * without bound.    *    * @param size desired capacity of the buffer in bytes or CircularByteBuffer.INFINITE_SIZE.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   public CircularByteBuffer(int size){     this (size, true);   }   /**    * Create a new buffer with a default capacity and    * given blocking behavior.    *    * @param blockingWrite true writing to a full buffer should block    *        until space is available, false if an exception should    *        be thrown instead.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   public CircularByteBuffer(boolean blockingWrite){     this (DEFAULT_SIZE, blockingWrite);   }   /**    * Create a new buffer with the given capacity and    * blocking behavior.    * <p>    * Note that the buffer may reserve some bytes for    * special purposes and capacity number of bytes may    * not be able to be written to the buffer.    * <p>    * Note that if the buffer is of INFINITE_SIZE it will    * neither block or throw exceptions, but rather grow    * without bound.    *    * @param size desired capacity of the buffer in bytes or CircularByteBuffer.INFINITE_SIZE.    * @param blockingWrite true writing to a full buffer should block    *        until space is available, false if an exception should    *        be thrown instead.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   public CircularByteBuffer(int size, boolean blockingWrite){     if (size == INFINITE_SIZE){       buffer = new byte[DEFAULT_SIZE];       infinite = true;     } else {       buffer = new byte[size];       infinite = false;     }     this.blockingWrite = blockingWrite;   }   /**    * Class for reading from a circular byte buffer.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   protected class CircularByteBufferInputStream extends InputStream {     /**      * Returns the number of bytes that can be read (or skipped over) from this      * input stream without blocking by the next caller of a method for this input      * stream. The next caller might be the same thread or or another thread.      *      * @return the number of bytes that can be read from this input stream without blocking.      * @throws IOException if the stream is closed.      *      * @since ostermillerutils 1.00.00      */     @Override public int available() throws IOException {       synchronized (CircularByteBuffer.this){         if (inputStreamClosed) throw new IOException("InputStream has been closed, it is not ready.");         return (CircularByteBuffer.this.available());       }     }     /**      * Close the stream. Once a stream has been closed, further read(), available(),      * mark(), or reset() invocations will throw an IOException. Closing a      * previously-closed stream, however, has no effect.      *      * @throws IOException never.      *      * @since ostermillerutils 1.00.00      */     @Override public void close() throws IOException {       synchronized (CircularByteBuffer.this){         inputStreamClosed = true;       }     }     /**      * Mark the present position in the stream. Subsequent calls to reset() will      * attempt to reposition the stream to this point.      * <p>      * The readAheadLimit must be less than the size of circular buffer, otherwise      * this method has no effect.      *      * @param readAheadLimit Limit on the number of bytes that may be read while      *    still preserving the mark. After reading this many bytes, attempting to      *    reset the stream will fail.      *      * @since ostermillerutils 1.00.00      */     @Override public void mark(int readAheadLimit) {       synchronized (CircularByteBuffer.this){         //if (inputStreamClosed) throw new IOException("InputStream has been closed; cannot mark a closed InputStream.");         if (buffer.length - 1 > readAheadLimit) {           markSize = readAheadLimit;           markPosition = readPosition;         }       }     }     /**      * Tell whether this stream supports the mark() operation.      *      * @return true, mark is supported.      *      * @since ostermillerutils 1.00.00      */     @Override public boolean markSupported() {       return true;     }     /**      * Read a single byte.      * This method will block until a byte is available, an I/O error occurs,      * or the end of the stream is reached.      *      * @return The byte read, as an integer in the range 0 to 255 (0x00-0xff),      *     or -1 if the end of the stream has been reached      * @throws IOException if the stream is closed.      *      * @since ostermillerutils 1.00.00      */     @Override public int read() throws IOException {       while (true){         synchronized (CircularByteBuffer.this){           if (inputStreamClosed) throw new IOException("InputStream has been closed; cannot read from a closed InputStream.");           int available = CircularByteBuffer.this.available();           if (available > 0){             int result = buffer[readPosition] & 0xff;             readPosition++;             if (readPosition == buffer.length){               readPosition = 0;             }             ensureMark();             return result;           } else if (outputStreamClosed){             return -1;           }         }         try {           Thread.sleep(100);         } catch(Exception x){           throw new IOException("Blocking read operation interrupted.");         }       }     }     /**      * Read bytes into an array.      * This method will block until some input is available,      * an I/O error occurs, or the end of the stream is reached.      *      * @param cbuf Destination buffer.      * @return The number of bytes read, or -1 if the end of      *   the stream has been reached      * @throws IOException if the stream is closed.      *      * @since ostermillerutils 1.00.00      */     @Override public int read(byte[] cbuf) throws IOException {       return read(cbuf, 0, cbuf.length);     }     /**      * Read bytes into a portion of an array.      * This method will block until some input is available,      * an I/O error occurs, or the end of the stream is reached.      *      * @param cbuf Destination buffer.      * @param off Offset at which to start storing bytes.      * @param len Maximum number of bytes to read.      * @return The number of bytes read, or -1 if the end of      *   the stream has been reached      * @throws IOException if the stream is closed.      *      * @since ostermillerutils 1.00.00      */     @Override public int read(byte[] cbuf, int off, int len) throws IOException {       while (true){         synchronized (CircularByteBuffer.this){           if (inputStreamClosed) throw new IOException("InputStream has been closed; cannot read from a closed InputStream.");           int available = CircularByteBuffer.this.available();           if (available > 0){             int length = Math.min(len, available);             int firstLen = Math.min(length, buffer.length - readPosition);             int secondLen = length - firstLen;             System.arraycopy(buffer, readPosition, cbuf, off, firstLen);             if (secondLen > 0){               System.arraycopy(buffer, 0, cbuf, off+firstLen,  secondLen);               readPosition = secondLen;             } else {               readPosition += length;             }             if (readPosition == buffer.length) {               readPosition = 0;             }             ensureMark();             return length;           } else if (outputStreamClosed){             return -1;           }         }         try {           Thread.sleep(100);         } catch(Exception x){           throw new IOException("Blocking read operation interrupted.");         }       }     }     /**      * Reset the stream.      * If the stream has been marked, then attempt to reposition i      * at the mark. If the stream has not been marked, or more bytes      * than the readAheadLimit have been read, this method has no effect.      *      * @throws IOException if the stream is closed.      *      * @since ostermillerutils 1.00.00      */     @Override public void reset() throws IOException {       synchronized (CircularByteBuffer.this){         if (inputStreamClosed) throw new IOException("InputStream has been closed; cannot reset a closed InputStream.");         readPosition = markPosition;       }     }     /**      * Skip bytes.      * This method will block until some bytes are available,      * an I/O error occurs, or the end of the stream is reached.      *      * @param n The number of bytes to skip      * @return The number of bytes actually skipped      * @throws IllegalArgumentException if n is negative.      * @throws IOException if the stream is closed.      *      * @since ostermillerutils 1.00.00      */     @Override public long skip(long n) throws IOException, IllegalArgumentException {       while (true){         synchronized (CircularByteBuffer.this){           if (inputStreamClosed) throw new IOException("InputStream has been closed; cannot skip bytes on a closed InputStream.");           int available = CircularByteBuffer.this.available();           if (available > 0){             int length = Math.min((int)n, available);             int firstLen = Math.min(length, buffer.length - readPosition);             int secondLen = length - firstLen;             if (secondLen > 0){               readPosition = secondLen;             } else {               readPosition += length;             }             if (readPosition == buffer.length) {               readPosition = 0;             }             ensureMark();             return length;           } else if (outputStreamClosed){             return 0;           }         }         try {           Thread.sleep(100);         } catch(Exception x){           throw new IOException("Blocking read operation interrupted.");         }       }     }   }   /**    * Class for writing to a circular byte buffer.    * If the buffer is full, the writes will either block    * until there is some space available or throw an IOException    * based on the CircularByteBuffer's preference.    *    * @since ostermillerutils 1.00.00    */   protected class CircularByteBufferOutputStream extends OutputStream {     /**      * Close the stream, flushing it first.      * This will cause the InputStream associated with this circular buffer      * to read its last bytes once it empties the buffer.      * Once a stream has been closed, further write() or flush() invocations      * will cause an IOException to be thrown. Closing a previously-closed stream,      * however, has no effect.      *      * @throws IOException never.      *      * @since ostermillerutils 1.00.00      */     @Override public void close() throws IOException {       synchronized (CircularByteBuffer.this){         if (!outputStreamClosed){           flush();         }         outputStreamClosed = true;       }     }     /**      * Flush the stream.      *      * @throws IOException if the stream is closed.      *      * @since ostermillerutils 1.00.00      */     @Override public void flush() throws IOException {       if (outputStreamClosed) throw new IOException("OutputStream has been closed; cannot flush a closed OutputStream.");       if (inputStreamClosed) throw new IOException("Buffer closed by inputStream; cannot flush.");       // this method needs to do nothing     }     /**      * Write an array of bytes.      * If the buffer allows blocking writes, this method will block until      * all the data has been written rather than throw an IOException.      *      * @param cbuf Array of bytes to be written      * @throws BufferOverflowException if buffer does not allow blocking writes      *   and the buffer is full.  If the exception is thrown, no data      *   will have been written since the buffer was set to be non-blocking.      * @throws IOException if the stream is closed, or the write is interrupted.      *      * @since ostermillerutils 1.00.00      */     @Override public void write(byte[] cbuf) throws IOException {       write(cbuf, 0, cbuf.length);     }     /**      * Write a portion of an array of bytes.      * If the buffer allows blocking writes, this method will block until      * all the data has been written rather than throw an IOException.      *      * @param cbuf Array of bytes      * @param off Offset from which to start writing bytes      * @param len - Number of bytes to write      * @throws BufferOverflowException if buffer does not allow blocking writes      *   and the buffer is full.  If the exception is thrown, no data      *   will have been written since the buffer was set to be non-blocking.      * @throws IOException if the stream is closed, or the write is interrupted.      *      * @since ostermillerutils 1.00.00      */     @Override public void write(byte[] cbuf, int off, int len) throws IOException {       while (len > 0){         synchronized (CircularByteBuffer.this){           if (outputStreamClosed) throw new IOException("OutputStream has been closed; cannot write to a closed OutputStream.");           if (inputStreamClosed) throw new IOException("Buffer closed by InputStream; cannot write to a closed buffer.");           int spaceLeft = spaceLeft();           while (infinite && spaceLeft < len){             resize();             spaceLeft = spaceLeft();           }           if (!blockingWrite && spaceLeft < len) throw new Exception("CircularByteBuffer is full; cannot write " + len + " bytes");           int realLen = Math.min(len, spaceLeft);           int firstLen = Math.min(realLen, buffer.length - writePosition);           int secondLen = Math.min(realLen - firstLen, buffer.length - markPosition - 1);           int written = firstLen + secondLen;           if (firstLen > 0){             System.arraycopy(cbuf, off, buffer, writePosition, firstLen);           }           if (secondLen > 0){             System.arraycopy(cbuf, off+firstLen, buffer, 0, secondLen);             writePosition = secondLen;           } else {             writePosition += written;           }           if (writePosition == buffer.length) {             writePosition = 0;           }           off += written;           len -= written;         }         if (len > 0){           try {             Thread.sleep(100);           } catch(Exception x){             throw new IOException("Waiting for available space in buffer interrupted.");           }         }       }     }     /**      * Write a single byte.      * The byte to be written is contained in the 8 low-order bits of the      * given integer value; the 24 high-order bits are ignored.      * If the buffer allows blocking writes, this method will block until      * all the data has been written rather than throw an IOException.      *      * @param c number of bytes to be written      * @throws BufferOverflowException if buffer does not allow blocking writes      *   and the buffer is full.      * @throws IOException if the stream is closed, or the write is interrupted.      *      * @since ostermillerutils 1.00.00      */     @Override public void write(int c) throws IOException {       boolean written = false;       while (!written){         synchronized (CircularByteBuffer.this){           if (outputStreamClosed) throw new IOException("OutputStream has been closed; cannot write to a closed OutputStream.");           if (inputStreamClosed) throw new IOException("Buffer closed by InputStream; cannot write to a closed buffer.");           int spaceLeft = spaceLeft();           while (infinite && spaceLeft < 1){             resize();             spaceLeft = spaceLeft();           }           if (!blockingWrite && spaceLeft < 1) throw new Exception("CircularByteBuffer is full; cannot write 1 byte");           if (spaceLeft > 0){             buffer[writePosition] = (byte)(c & 0xff);             writePosition++;             if (writePosition == buffer.length) {               writePosition = 0;             }             written = true;           }         }         if (!written){           try {             Thread.sleep(100);           } catch(Exception x){             throw new IOException("Waiting for available space in buffer interrupted.");           }         }       }     }   } }