Java IO : 流，以及裝飾器模式在其上的運用

fuyi501 發布于2019-08-14 15:09 / 743人閱讀

摘要：從應用流向目的地稱為輸出流，從目的地流向應用稱為輸入流。裝飾器模式裝飾器模式允許向一個現有的對象添加新的功能，同時又不改變其結構。以及家屬對于裝飾器模式的體現，也以此類推。

流概述

Java中，流是一種有序的字節序列，可以有任意的長度。從應用流向目的地稱為輸出流，從目的地流向應用稱為輸入流。

Java的流族譜

Java的java.io包中囊括了整個流的家族，輸出流和輸入流的譜系如下所示：

InputStream和OutputStream

InputStream和OutputStream分別是輸入輸出流的頂級抽象父類，只定義了一些抽象方法供子類實現。

在輸出流OutputStream中，如果你需要向一個輸出流寫入數據，可以調用void write(int b)方法，這個方法會將b的低八位寫入流中，高24位將會被自動忽略。如果想要批量寫入數據呢，那么可以調用void write(byte[] b) 方法將一個字節數組的內容全部寫入流中，同時還有void write(byte[] b, int off, int len)可以讓你指定從哪里寫入多少數據。
如果你希望你向流中寫入的數據能夠盡快地輸送到目的地，比如說文件，那么可以在寫入數據后，調用flush()方法將當前輸出流刷到操作系統層面的緩沖區中。不過需要注意的是，此方法并不保證數據立馬就能刷到實際的物理目的地(比如說存儲)。
使用完流后應該調用其close()方法將流關閉，流關閉時，將會先flush，后關閉。

在輸入流InputStream中，可以通過int read() 方法來從流中讀取一個字節，批量讀取字節可以通過int read(byte[] b)或者int read(byte[] b, int off, int len)來實現，這兩個方法的返回值為實際讀取到的字節數。如果需要重復讀取流中某段數據，可以在讀取之前先使用void mark(int readlimit)方法在當前位置做一個記號，之后通過void reset()方法返回到之前做標記的位置，不過在做這些標記操作之前，需要先通過boolean markSupported()方法來確定該流是否支持標記。如果對某些可預知的數據不感興趣，可以使用long skip(long n)來調過一些流中的一些數據。

使用完流，無論是輸入還是輸出流，都要調用其close()方法對其進行關閉。

裝飾器模式

裝飾器模式（Decorator Pattern）允許向一個現有的對象添加新的功能，同時又不改變其結構。這種類型的設計模式屬于結構型模式，它是作為現有的類的一個包裝。

這種設計模式創建了一個裝飾類，用來包裝原有的類，并在保持類方法簽名完整性的前提下，提供了額外的功能。

以InputStream為例，它是一個抽象類:

public abstract class InputStream implements Closeable {
    ...
    ...
}

并定義有抽象方法

public abstract int read() throws IOException;

該抽象方法由具體的子類去實現，通過InputStream的族譜圖可以看到，直接繼承了InputStream，并且提供某一特定功能的子類有：

ByteArrayInputStream

FileInputStream

ObjectInputStream

PipedInputStream

SequenceInputStream

StringBufferInputStream

這些子類都具有特定的功能，比如說，FileInputStream代表一個文件輸入流并提供讀取文件內容的功能，ObjectInputStream提供了對象反序列化的功能。

InputStream這個抽象類有一個子類與上述其它子類非常不同，這個子類就是FilterInputStream，可參見上圖中的InputStream族譜圖。

翻開FilterInputStream的代碼，我們可以看到，它內部又維護了一個InputStream的成員對象，并且它的所有方法，都是調用這個成員對象的同名方法。
換句話說，FilterInputStream它什么事都不做。就是把調用委托給內部的InputStream成員對象。如下所示：

public class FilterInputStream extends InputStream {
    protected volatile InputStream in;
    
    protected FilterInputStream(InputStream in) {
        this.in = in;
    }
    
    public int read() throws IOException {
        return in.read();
    }
    
    public int read(byte b[]) throws IOException {
        return read(b, 0, b.length);
    }
    
    public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {
        return in.read(b, off, len);
    }
    
    public long skip(long n) throws IOException {
        return in.skip(n);
    }
    
    public int available() throws IOException {
        return in.available();
    }
    
    public void close() throws IOException {
        in.close();
    }
    
    public synchronized void mark(int readlimit) {
        in.mark(readlimit);
    }

    public synchronized void reset() throws IOException {
        in.reset();
    }
    
    public boolean markSupported() {
        return in.markSupported();
    }

FilterInputStream的又有其子類，分別是：

BufferedInputStream

DataInputStream

LineNumberInputStream

PushbackInputStream

雖然從上面代碼看FilterInputStream并沒有做什么有卵用的事，但是它的子類可不同了，以BufferedInputStream為例，這個類提供了提前讀取數據的功能，也就是緩沖的功能。可以看看它的read方法：

    public synchronized int read() throws IOException {
        if (pos >= count) {
            fill();
            if (pos >= count)
                return -1;
        }
        return getBufIfOpen()[pos++] & 0xff;
    }

可以看到，當pos>=count時，意即需要提前緩沖一些數據的時候到了，那么就會調用fill()將緩沖區加滿，以便后續讀取。由于本文只討論io流的裝飾器模式，所以關于具體實現細節將不會展開討論，比如本文不會討論fill()方法是如何實現的，在這里可以先將它當做一個黑盒子。

從這里可以開始感受到，BufferedInputStream就是一個裝飾者，它能為一個原本沒有緩沖功能的InputStream添加上緩沖的功能。

比如我們常用的FileInputStream，它并沒有緩沖功能，我們每次調用read，都會向操作系統發起調用索要數據。假如我們通過BufferedInputStream來裝飾它，那么每次調用read，會預先向操作系統多拿一些數據，這樣就不知不覺中提高了程序的性能。如以下代碼所示：

BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(new File("/home/user/abc.txt")));

同理，對于其它的FilterInputStream的子類，其作用也是一樣的，那就是裝飾一個InputStream，為它添加它原本不具有的功能。OutputStream以及家屬對于裝飾器模式的體現，也以此類推。

JDK中的io流的設計是設計模式中裝飾器模式的一個經典示范，如果細心發現，JDK中還有許多其它設計模式的體現，比如說監聽者模式等等。

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