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GZIPOutputStream 类源码分析

2022-08-01 18:44:00 【51CTO】

这是《水煮 JDK 源码》系列的第5篇文章，计划撰写100篇关于JDK源码相关的文章

GZIPOutputStream 类位于 java.util.zip 包下，继承于 DeflaterOutputStream 类，它实现了一个流式过滤器，主要用于以GZIP文件格式写入压缩数据，其UML类图如下：

GZIPOutputStream 类源码分析_java

类声明如下：

1、成员变量

GZIPOutputStream 定义了1个成员变量，如下：

CRC32 是一个计算数据流的 CRC-32 校验和的类，主要用来验证压缩数据的完整性的。

2、构造函数

创建 GZIPOutputStream 压缩输出流主要有4种方式，如下：

public GZIPOutputStream(OutputStream out) throws IOException {
    /** 使用默认大小的缓冲区创建新的输出流，默认大小为 512，同时不进行同步刷新 */
    this(out, 512, false);
}

public GZIPOutputStream(OutputStream out, boolean syncFlush)
    throws IOException
{
     /** 使用默认大小的缓冲区创建新的输出流，默认大小为 512 */
    this(out, 512, syncFlush);
}

public GZIPOutputStream(OutputStream out, int size) throws IOException {
    /** 使用指定大小的缓冲区创建新的输出流，不进行同步刷新 */
    this(out, size, false);
}

public GZIPOutputStream(OutputStream out, int size, boolean syncFlush)
    throws IOException
{
    /** 使用指定大小的缓冲区创建新的输出流 */
    super(out, new Deflater(Deflater.DEFAULT_COMPRESSION, true),
          size,
          syncFlush);
    // 使用默认的压缩器
    usesDefaultDeflater = true;
    // 写入 GZIP 成员头信息
    writeHeader();
    // 重置 CRC-32 校验
    crc.reset();
}

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GZIPOutputStream 类主要是用于写入GZIP压缩数据的输出流，因此需要用到压缩器 Deflater。

3、写入数据方法

GZIPOutputStream 类提供了一个写入数据的方法，其定义如下：

public synchronized void write(byte[] buf, int off, int len)
    throws IOException
{
    // 调用父类 DeflaterOutputStream 的 write() 方法写入字节数组数据
    super.write(buf, off, len);
    // 更新字节数组数据的 CRC32 校验和
    crc.update(buf, off, len);
}

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在创建 GZIPOutputStream 压缩输出流的时候，会使用 writeHeader() 方法写入GZIP成员头信息，那么具体会写入哪些头信息呢？可以看看该方法的定义：

private void writeHeader() throws IOException {
    // 这个 out 是定义在父类 FilterOutputStream 中的成员变量
    out.write(new byte[] {
        (byte) GZIP_MAGIC,        // Magic number (short)
        (byte)(GZIP_MAGIC >> 8),  // Magic number (short)
        Deflater.DEFLATED,        // Compression method (CM)
        0,                        // Flags (FLG)
        0,                        // Modification time MTIME (int)
        0,                        // Modification time MTIME (int)
        0,                        // Modification time MTIME (int)
        0,                        // Modification time MTIME (int)
        0,                        // Extra flags (XFLG)
        0                         // Operating system (OS)
    });
}

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从代码实现可以看出，一共会写入10个字节的头信息，包括头信息魔法数、压缩方法和各种标志等，这些头信息在解压缩的时候也是需要一一校验的。

有写头信息的方法，自然就会有写尾信息的方法，关于写尾信息的 writeTrailer() 方法定义如下：

private void writeTrailer(byte[] buf, int offset) throws IOException {
    // 写入 CRC32 的 value 值，int 型数据占用 4个字节
    writeInt((int)crc.getValue(), buf, offset); // CRC-32 of uncompr. data
    // 写入未压缩的字节总数
    writeInt(def.getTotalIn(), buf, offset + 4); // Number of uncompr. bytes
}

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上面调用的 writeInt() 方法定义如下：

private void writeInt(int i, byte[] buf, int offset) throws IOException {
    // 在写入 int 数据时，是写入两次 short 型数据
    writeShort(i & 0xffff, buf, offset);
    writeShort((i >> 16) & 0xffff, buf, offset + 2);
}

private void writeShort(int s, byte[] buf, int offset) throws IOException {
    // 而写入 short 数据时，时写入两次 byte 型数据
    buf[offset] = (byte)(s & 0xff);
    buf[offset + 1] = (byte)((s >> 8) & 0xff);
}

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4、其他方法

当压缩的数据都写入到输出流中时，这个时候可以调用完成 finish() 方法，如下：

public void finish() throws IOException {
    // 判断压缩数据是否完成，这个是调用压缩器 Deflater 的 finished() 方法
    // 如果没有完成，则调用 Deflater 的 finish() 完成方法
    if (!def.finished()) {
        def.finish();
        while (!def.finished()) {
            // 压缩 buf 数据
            int len = def.deflate(buf, 0, buf.length);
            // 如果 def 已经完成，但是压缩后的数据长度小于减去尾部信息的长度
            // 则写入尾部信息
            if (def.finished() && len <= buf.length - TRAILER_SIZE) {
                // last deflater buffer. Fit trailer at the end
                writeTrailer(buf, len);
                len = len + TRAILER_SIZE;
                out.write(buf, 0, len);
                return;
            }
            // 如果压缩后的数据长度大于 0，直接写入到输出流中
            if (len > 0)
                out.write(buf, 0, len);
        }
        // if we can't fit the trailer at the end of the last
        // deflater buffer, we write it separately
        // 单独的写入尾部信息，尾部信息的长度是 8个字节
        byte[] trailer = new byte[TRAILER_SIZE];
        writeTrailer(trailer, 0);
        // 将尾部信息写入到
        out.write(trailer);
    }
}

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5、测试应用

GZIPOutputStream 类可以用来压缩数据，那么下面给出一个压缩字符串的示例代码：

package com.magic.test;

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.util.zip.GZIPOutputStream;

public class GZIPOutputStreamTest {

    public static void main(String[] args) {
        String str = "0123456";
        try (ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
             GZIPOutputStream gzip = new GZIPOutputStream(out)) {

            // 将字符串 str 转换为字节数组后写入到 gzip 压缩输出流中
            gzip.write(str.getBytes());

            // 打印压缩后的数据
            System.out.println(out.toString());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

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