在Java程序中截获控制台输出.docx
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在Java程序中截获控制台输出
在程序中截获控制台输出
在开发中，控制台输出仍是一个重要的工具，但默认的控制台输出有着各种各样的局限。
本文介绍如何用管道流截取控制台输出，分析管道流应用中应该注意的问题，提供了截取程序和非程序控制台输出的实例。
即使在图形用户界面占统治地位的今天，控制台输出仍旧在程序中占有重要地位。
控制台不仅是程序默认的堆栈跟踪和错误信息输出窗口，而且还是一种实用的调试工具（特别是对习惯于使用（）的人来说）。
然而，控制台窗口有着许多局限。
例如在平台上，控制台只能容纳行输出。
如果程序一次性向控制台输出大量内容，要查看这些内容就很困难了。
对于使用这个启动程序的开发者来说，控制台窗口尤其宝贵。
因为用启动程序时，根本不会有控制台窗口出现。
如果程序遇到了问题并抛出异常，根本无法查看运行时环境写入到或的调用堆栈跟踪信息。
为了捕获堆栈信息，一些人采取了用（）块封装（）的方式，但这种方式不一定总是有效，在运行时的某些时刻，一些描述性错误信息会在抛出异常之前被写入和；除非能够监测这两个控制台流，否则这些信息就无法看到。
因此，有些时候检查运行时环境（或第三方程序）写入到控制台流的数据并采取合适的操作是十分必要的。
本文讨论的主题之一就是创建这样一个输入流，从这个输入流中可以读入以前写入控制台流（或任何其他程序的输出流）的数据。
我们可以想象写入到输出流的数据立即以输入的形式“回流”到了程序。
本文的目标是设计一个基于的文本窗口显示控制台输出。
在此期间，我们还将讨论一些和管道流（和）有关的重要注意事项。
图一显示了用来截取和显示控制台文本输出的程序，用户界面的核心是一个。
最后，我们还要创建一个能够捕获和显示其他程序（可以是非的程序）控制台输出的简单程序。
一、管道流
要在文本框中显示控制台输出，我们必须用某种方法“截取”控制台流。
换句话说，我们要有一种高效地读取写入到和所有内容的方法。
如果你熟悉的管道流和，就会相信我们已经拥有最有效的工具。
写入到输出流的数据可以从对应的输入流读取。
的管道流极大地方便了我们截取控制台输出。
显示了一种非常简单的截取控制台输出方案。
【：
用管道流截取控制台输出】
（）;
（）;
{
（）;
}
（）{
（"连接失败"）;
（）;
}
（）;
（）;
（）;
可以看到，这里的代码极其简单。
我们只是建立了一个，把它设置为所有写入控制台流的数据的最终目的地。
所有写入到控制台流的数据都被转到，这样，从相应的读取就可以迅速地截获所有写入控制台流的数据。
接下来的事情似乎只剩下在中显示从流读取的数据，得到一个能够在文本框中显示控制台输出的程序。
遗憾的是，在使用管道流时有一些重要的注意事项。
只有认真对待所有这些注意事项才能保证的代码稳定地运行。
下面我们来看第一个注意事项。
注意事项一
运用的是一个字节固定大小的循环缓冲区。
写入的数据实际上保存到对应的的内部缓冲区。
从执行读操作时，读取的数据实际上来自这个内部缓冲区。
如果对应的输入缓冲区已满，任何企图写入的线程都将被阻塞。
而且这个写操作线程将一直阻塞，直至出现读取的操作从缓冲区删除数据。
这意味着，向写数据的线程不应该是负责从对应读取数据的唯一线程。
假设线程是负责从读取数据的唯一线程；另外，假定企图在一次对的（）方法的调用中向对应的写入字节的数据。
在线程阻塞之前，它最多能够写入字节的数据（内部缓冲区的大小）。
然而，一旦被阻塞，读取的操作就再也不会出现，因为是唯一读取的线程。
这样，线程已经完全被阻塞，同时，所有其他试图向写入数据的线程也将遇到同样的情形。
这并不意味着在一次（）调用中不能写入多于字节的数据。
但应当保证，在写入数据的同时，有另一个线程从读取数据。
示范了这个问题。
这个程序用一个线程交替地读取和写入。
每次调用（）向的缓冲区写入字节，每次调用（）只从缓冲区读取并删除个字节。
内部缓冲区最终会被写满，导致写操作阻塞。
由于我们用同一个线程执行读、写操作，一旦写操作被阻塞，就不能再从读取数据。
【：
用同一个线程执行读写操作导致线程阻塞】
.*;
{
（）;
（）;
（[]）{
{
（）;
}
（）{
（"连接失败"）;
（）;
}
[][];
[][];
;
{
向发送字节数据
（,,）;
（"已发送字节..."）;
在每一次循环迭代中，读入字节
发送字节
（,,）;
;
（）{
（,,）;
（"已发送字节..."）;
;
（,,）;
}
}
（）{
（"读取时出现错误:
"）;
（）;
}
}（）
}
只要把读写操作分开到不同的线程，的问题就可以轻松地解决。
是经过修改后的版本，它在一个单独的线程中执行写入的操作（和读取线程不同的线程）。
为证明一次写入的数据可以超过字节，我们让写操作线程每次调用的（）方法时写入字节。
那么，在（）方法中创建的线程是否会阻塞呢？
按照运行时线程调度机制，它当然会阻塞。
写操作在阻塞之前实际上最多只能写入字节的有效载荷（即缓冲区的大小）。
但这并不会成为问题，因为主线程（）很快就会从的循环缓冲区读取数据，空出缓冲区空间。
最终，写操作线程会从上一次中止的地方重新开始，写入字节有效载荷中的剩余部分。
【：
把读写操作分开到不同的线程】
.*;
{
（）;
（）;
（[]）{
{
（）;
}
（）{
（"连接失败"）;
（）;
}
[][];
;
启动写操作线程
（）;
{
（,,）;
（）{
（"已经读取"
"字节..."）;
（,,）;
}
}
（）{
（"读取输入错误."）;
（）;
}
}（）
创建一个独立的线程
执行写入的操作
（）{
（（）{
（）{
[][];
（）{无终止条件的循环
{
在该线程阻塞之前，有最多字节的数据被写入
（,,）;
}
（）{
（"写操作错误"）;
（）;
}
（"已经发送字节..."）;
}
}
}）（）;
}（）
}
也许我们不能说这个问题是管道流设计上的缺陷，但在应用管道流时，它是一个必须密切注意的问题。
下面我们来看看第二个更重要（更危险的）问题。
注意事项二
从读取数据时，如果符合下面三个条件，就会出现异常：
.试图从读取数据，
.的缓冲区为“空”（即不存在可读取的数据），
.最后一个向写数据的线程不再活动（通过（）检测）。
这是一个很微妙的时刻，同时也是一个极其重要的时刻。
假定有一个线程向写入数据；另一个线程从对应的读取数据。
下面一系列的事件将导致线程在试图读取时遇到异常：
.向写入数据。
.结束（（）返回）。
.从读取写入的数据，清空的缓冲区。
.试图再次从读取数据。
这时的缓冲区已经为空，而且已经结束，从而导致在读操作执行时出现异常。
构造一个程序示范这个问题并不困难，只需从的（）方法中，删除（）条件。
这个改动阻止了执行写操作的方法循环执行，使得执行写操作的方法在一次写入操作之后就结束运行。
如前所述，此时主线程试图读取时，就会遇到一个异常。
这是一种比较少见的情况，而且不存在直接修正它的方法。
请不要通过从管道流派生子类的方法修正该问题――在这里使用继承是完全不合适的。
而且，如果以后改变了管道流的实现方法，现在所作的修改将不再有效。
最后一个问题和第二个问题很相似，不同之处在于，它在读线程（而不是写线程）结束时产生异常。
注意事项三
如果一个写操作在上执行，同时最近从对应读取的线程已经不再活动（通过（）检测），则写操作将抛出一个异常。
假定有两个线程和，向写入数据，而则从对应的读取。
下面一系列的事件将导致线程在试图写入时遇到异常：
.写操作线程已经创建，但线程还不存在。
.向写入数据。
.读线程被创建，并从读取数据。
.线程结束。
.企图向写入数据，发现已经结束，抛出异常。
实际上，这个问题不象第二个问题那样棘手。
和多个读线程单个写线程的情况相比，也许在应用中有一个读线程（作为响应请求的服务器）和多个写线程（发出请求）的情况更为常见。
解决问题
要防止管道流前两个局限所带来的问题，方法之一是用一个作为代理或替代。
显示了一个类，它用一个提供和管道流类似的功能，但不会出现死锁和异常。
这个类的内部仍旧使用管道流，但隔离了本文介绍的前两个问题。
我们先来看看这个类的公用方法。
构造函数很简单，它连接管道流，然后调用（）方法（稍后再讨论该方法）。
（）方法返回一个（具体地说，是一个）用以替代。
写入该的数据最终将在（）方法返回的流中作为输入出现。
和使用的情形不同，向写入数据的线程的激活、写数据、结束不会带来负面效果。
【：
防止管道流应用中出现的常见问题】
.*;
{
（）;
;
（）{
（）{
;
{
（）;
（）;
}
（）{
记录错误或其他处理
为简单计，此处我们直接结束
（）;
}
}
};
（）{
（）{
;
{
（）;
}
（）{
记录错误或其他处理
为简单计，此处我们直接结束
（）;
}
}
};
（）{
（）;
（）;
}（）
（）{
;
}（）
（）{
;
}（）
（）{
（（）{
（）{
（）{
检查流里面的字节数
（（）>）{
[];
（）{
（）;
（）;清除缓冲区
}
{
把提取到的数据发送给
（,,）;
}
（）{
记录错误或其他处理
为简单计，此处我们直接结束
（）;
}
}
没有数据可用，线程进入睡眠状态
{
每隔秒查看检查新数据
（）;
}
（）{}
}
}
}）（）;
}（）
}
（）方法是整个类真正的关键所在。
这个方法的目标很简单，就是创建一个定期地检查缓冲区的线程。
缓冲区中找到的所有数据都被提取到一个数组，然后写入到。
由于对应的由（）返回，从该输入流读取数据的线程都将读取到原先发送给的数据。
前面提到，类解决了管道流存在的前二个问题，我们来看看这是如何实现的。
具有根据需要扩展其内部缓冲区的能力。
由于存在“完全缓冲”，线程向（）返回的流写入数据时不会被阻塞。
因而，第一个问题不会再给我们带来麻烦。
另外还要顺便说一句，的缓冲区永远不会缩减。
例如，假设在能够提取数据之前，有一块的数据被写入到流，缓冲区将永远保持至少的容量。
如果这个类有一个方法能够在数据被提取之后修正缓冲区的大小，它就会更完善。
第二个问题得以解决的原因在于，实际上任何时候只有一个线程向写入数据，这个线程就是由（）创建的线程。
由于这个线程完全由类控制，我们不必担心它会产生异常。
类还有一些细节值得提及。
首先，我们可以看到和实际上分别是和的派生类的实例，也即在它们的（）方法中加入了特殊的行为。
如果一个对象的用户关闭了输入或输出流，在（）中创建的线程必须关闭。
覆盖后的（）方法把标记设置成以关闭线程。
另外，请注意（）中的同步块。
要确保在（）调用和（）调用之间缓冲区不被写入流的线程修改，这是必不可少的。
由于的（）方法的所有版本都在该流上同步，我们保证了的内部缓冲区不被意外地修改。
注意类并不涉及管道流的第三个问题。
该类的（）方法返回。
如果一个线程从该流读取，一段时间后终止，下次数据从缓冲区传输到时就会出现异常。
二、捕获控制台输出
的类扩展捕获控制台输出。
不要对这个类有这么多代码感到惊讶，必须指出的是，类有超过的代码用来进行测试。
【：
截获控制台输出】
.*;
.*;
.*;
.*;
{
（[]）{
（;<;）
（[]）;
}（）
（）{
（）;
重定向和
（（））;
（）;
（）;
（（））;
}（）
（
）{
（（））;
（（）{
（）{
（）;
{
;
（）;
（（（）））{
;
（）（）?
:
;
（）;
（（）（'\'）（））;
（）
（（））;
}
}
（）{
（,
"从读取错误：
"）;
（）;
}
}
}）（）;
}（）
该类剩余部分的功能是进行测试
（[]）{
（"测试"）;
;
{
（）;
}
（）{
（
"不能创建：
"）;
（）;
}
（（""））;
（）（（）,
）;
（,,,）;
（）;
（（）{
（
）{
（）;
}
}）;
启动几个写操作线程向
和输出
（
"写操作线程",,,）;
（
"写操作线程",,,）;
（
"写操作线程",,,）;
（
"写操作线程",,,）;
（
"写操作线程",,, ）;
}（）
（
,,
,）{
（（）{
（）{
（;<;）{
（"***"",!
"）;
{
（）;
}
（）{}
}
}
}）（）;
}（）
}
（）方法创建了一个，包含一个的实例。
这些代码并没有什么特别之处。
显示出来之后，（）方法启动一系列的写操作线程，写操作线程向控制台流输出大量信息。
捕获并显示这些信息，如图一所示。
提供了两个构造函数。
没有参数的构造函数用来捕获和显示所有写入到控制台流的数据，有一个[]参数的构造函数转发所有从各个数组元素读取的数据到。
稍后将有一个例子显示这个构造函数的用处。
首先我们来看看没有参数的构造函数。
这个函数首先创建一个对象；然后请求运行时环境把控制台输出转发到提供的；最后，构造函数调用（），创建一个不断地把文本行追加到的线程。
注意，把文本追加到之后，程序小心地保证了插入点的正确位置。
一般来说，部件的更新不应该在事件分派线程（，）之外进行。
对于本例来说，这意味着所有把文本追加到的操作应该在中进行，而不是在（）方法创建的线程中进行。
然而，事实上在中向追加文本是一个线程安全的操作。
读取一行文本之后，我们只需调用（）就可以把文本追加到的末尾。
三、捕获其他程序的控制台输出
在中捕获程序自己的控制台输出是一回事，去捕获其他程序（甚至包括一些非程序）的控制台数据又是另一回事。
提供了捕获其他应用的输出时需要的基础功能，的利用，截取其他应用的输出信息然后显示在中。
【：
截获其他程序的控制台输出】
.*;
.*;
.*;
.*;
{
;
（[]）{
（）{
（"用法：
"
"<程序名字>{参数参数...}"）;
（）;
}
{
启动命令行指定程序的新进程
（）（）;
}
（）{
（"创建进程时出错...\"）;
（）;
}
获得新进程所写入的流
[]
[]{
（）（）};
（）;
（（""））;
（[]
"控制台输出"）;
（）（（）,
）;
（,,,）;
（）;
（（）{
（）{
（）;
{
（）;在下可能被挂起
}
（）{}
（）;
}
}）;
}（）
}
的工作过程如下：
首先利用（）方法启动指定程序的一个新进程。
启动新进程之后，从结果对象得到它的控制台流。
之后，把这些控制台流传入（[]）构造函数（这就是带参数构造函数的用处）。
使用时，在命令行上指定待截取其输出的程序名字。
例如，如果在下执行，则结果如图四所示。
使用时应该注意，被截取输出的应用程序最初输出的一些文本可能无法截取。
因为在调用（）和初始化完成之间存在一小段时间差。
在这个时间差内，应用程序输出的文本会丢失。
当窗口被关闭，（）调用试图关闭程序开始时创建的进程。
测试结果显示出，（）方法不一定总是有效（至少在上是这样的）。
似乎当待关闭的进程启动了额外的进程时，则那些进程不会被关闭。
此外，在这种情况下程序看起来未能正常结束。
但在下，一切正常。
如果用运行，关闭窗口时会出现一个。
这是一个的，和下就不会出现问题。
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