Java 管道流實現執行緒間通訊：原理與實戰範例

管道流簡介

Java 提供豐富的輸入輸出流，其中管道流是一種特殊機制，用於不同執行緒間直接傳遞資料。一個執行緒寫入輸出管道，另一個執行緒從輸入管道讀取，無需臨時檔案等中介媒介。本文將介紹管道基本概念，並以 pipeapp 實例詳細說明。

管道的建立與使用

Java 提供兩個專門類別處理管道：

• PipedInputStream：管道輸出端，執行緒從管道讀取資料
• PipedOutputStream：管道輸入端，執行緒向管道寫入資料

建立管道流步驟：

PipedOutputStream pipeOut = new PipedOutputStream();
PipedInputStream pipeIn = new PipedInputStream(pipeOut);

建立後即可像操作檔案一樣進行資料讀寫。

實戰範例：pipeapp 應用程式

程式由三個執行緒組成：主執行緒 pipeapp.java 及其啟動的兩個次級執行緒 ythread.java、zthread.java。流程如下：

1. 從 input.txt（每行為 "x"）讀取資料
2. 執行緒 ythread 將 "x" 轉換為 "y"
3. 執行緒 zthread 將 "y" 轉換為 "z"
4. 主執行緒顯示最終結果

主執行緒邏輯

// 建立檔案輸入流
FileInputStream xFileIn = new FileInputStream("input.txt");

// 啟動 ythread，取得其輸出管道（作為下一階段輸入）
InputStream yInPipe = pipeApp.changeToY(xFileIn);

// 啟動 zthread，取得最終輸入管道
InputStream zInPipe = pipeApp.changeToZ(yInPipe);

// 讀取並顯示結果
DataInputStream inputStream = new DataInputStream(zInPipe);
String str;
while ((str = inputStream.readLine()) != null) {
    System.out.println(str);
}
inputStream.close();

changeToY() 方法

// 定位輸入流
DataInputStream xFileIn = new DataInputStream(inputStream);

// 建立管道
PipedOutputStream pipeOut = new PipedOutputStream();
PipedInputStream pipeIn = new PipedInputStream(pipeOut);

// 將輸出管道包裝為 PrintStream 方便寫入
PrintStream printStream = new PrintStream(pipeOut);

// 建立並啟動 ythread
YThread yThread = new YThread(xFileIn, printStream);
yThread.start();

return pipeIn; // 返回輸入管道供下一階段使用

changeToZ() 方法

邏輯與 changeToY() 類似，接收上一階段輸入管道，建立新管道，啟動 ZThread 將 "y" 轉為 "z"，返回最終輸入管道。

關鍵點總結

• 管道實現執行緒間零拷貝資料傳遞
• PipedInputStream 與 PipedOutputStream 必須配對使用
• 實際應用中需注意死鎖風險（如單執行緒同時讀寫同一管道）
• 適用於生產者-消費者模式的資料流水線處理