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1、JAVA IO 设计模式彻底分析 2011-01-06 14:20:09| 分类： java|字号 订阅http:/ Java 的）无论是哪种编程语言，输入跟输出都是重要的一部分，Java 也不例外，而且 Java 将输入输出的功能和使用范畴做了很大的扩充。它采用了流的 机制来实现输入输出，所谓流，就是数据的有序排列，而流可以是从某个源（称为流源或 Source of Stream）出来，到某个目的地（称为流汇或 Sink of Stream）去的。由流的方向，可以分成输入流和输出流，一个程序从输入流读取数据向输出流写数据。如，一个程序可以用 FileInputStream 类从一个磁盘文件读
2、取数据，如下图所示：像 FileInputStream 这样的处理器叫做流处理器，它就像流的管道一样，从一个流源吸入某种类型的数据，并输出某种类型的数据。上面这种示意图叫做流的管道图。同样道理，也可以用 FileOutputStream 类向一个磁盘文件写数据，如下图所示：在实际应用这种机制并不没有太大的用处，程序需要写出地通常是非常结构化的信息，因此这些 byte 类型的数据实际上是一些数值，文字，源代码 等。Java 的 I/O 库提供了一个称做链接（Chaining）的机制，可以将一个流处理器跟另一个流处理器首尾相接，以其中之一的输出为输入，形成一个 流管道的链接。例如，DataInpu
3、tStream 流处理器可以把 FileInputStream 流对象的输出当作输入，将 Byte 类型的数据转换成 Java 的原始类型和 String 类型的数据。如下图所示：类似地，向一个文件写入 Byte 类型的数据不是一个简单的过程。一个程序需要向一个文件里写入的数据往往都是结构化的，而 Byte 类型则是原始 类型。因此在写的时候必须经过转换。DataOutputStream 流处理器提供了接收了原始数据类型和 String 数据类型，而这个流处理器的输出数 据则是 Byte 类型。也就是说 DataOutputStream 可以将源数据转换成 Byte 类型的数据，再输出来。这样
4、一来，就可以将 DataOutputStream 与 FileOutputStream 链接起来，这样程序就可以将原始数据类型和 String 类型的源数据写入这个链接好的双重管道里面，达到将结构化数据写到磁盘文件里面的目的，如下图所示：这又是链接的所发挥的大作用。流处理器所处理的流必定都有流源，而如果将流类所处理的流源分类的话，基本可以分成两大类：第一数组，String，File 等，这一种叫原始流源。第二同样类型的流用做链接流类的流源，叫链接流源。二Java I/O 库的设计原则Java 语言的 I/O 库是对各种常见的流源，流汇以及处理过程的抽象化。客户端的Java 程序不必知道最终的流
5、源，流汇是磁盘上的文件还是数组等；也不必关心数据是否经过缓冲的，可否按照行号读取等处理的细节。书中提到了，对于第一次见到 Java/IO 库的人，无不因为这个库的庞杂而感到困惑；而对于熟悉这个库的人，而又常常为这个库的设计是否得当而争论不体。书的作者提出自己的意见，要理解 Java I/O 这个庞大而复杂的库，关键是要掌握两个对称性跟两个设计模式模式。Java I/O 库具有两个对称性，它们分别是：输入输出对称性，比如 InputStream 和 OutputStream 各自占据 Byte 流的输入与输出的两个平行的等级结构的根部。而 Reader 和 Writer 各自占据 Char 流的
6、输入与输出的两个平行的等级结构的根部。byte-char 对称，InputStream 和 Reader 的子类分别负责 Byte 和 Char 流的输入；OutputStream 和 Writer 的子类分别负责 Byte 和 Char 流的输出，它们分别形成平行的等级结构。Java I/O 库的两个设计模式：Java 的 I/O 库总体设计是符合装饰者模式（Decorator）跟适配器模式（Adapter）的。如前所述，这个库中处理流的类叫做流 类。引子里所谈到的FileInputStream，FileOutputStream ，DataInputStream 及 DataOutputSt
7、ream都是流处理器的例子。装饰者模式：在由 InputStream，OutputStream，Reader 和 Writer 代表的等级结构内部，有一些流处理器可以 对另一些流处理器起到装饰作用，形成新的，具有改善了的功能的流处理器。装饰者模式是 Java I/O 库的整体设计模式。这样的一个原则是符合装饰者模式的，如下图所示：适配器模式：在由 InputStream，OutputStream，Reader 和 Writer 代表的等级结构内部，有一些流处理器是对其它类型的流源的适配。这就是适配器模式的应用，如下图所示。适配器模式应用到了原始流处理器的设计上面，构成了 I/O 库所有流处理器
8、的起点。JDK 为程序员提供了大量的类库，而为了保持类库的可重用性，可扩展性和灵活性，其中使用到了大量的设计模式，本文将介绍 JDK 的 I/O 包中使用到的 Decorator 模式，并运用此模式，实现一个新的输出流类。适配器类图如下：在看源代码Public class FileInputStream extends InputStream/* File Descriptor - handle to the open file */private FileDescriptor fd;public FileInputStream(FileDescriptor fdObj) SecurityMa
9、nager security = System.getSecurityManager();if (fdObj = null) throw new NullPointerException();if (security != null) security.checkRead(fdObj);fd = fdObj;public FileInputStream(File file) throws FileNotFoundException String name = file.getPath();SecurityManager security = System.getSecurityManager(
10、);if (security != null) security.checkRead(name);fd = new FileDescriptor();open(name);/其它代码 我的理解：它继承了 InputStrem 类型，同时持有一个对 FileDiscriptor 的引用，是将一个 FileDiscriptor 对象适配成 InputStrem 类型的对象形式的适配器模式。Decorator 模式简介Decorator 模式又名包装器（ Wrapper），它的主要用途在于给一个对象动态的添加一些额外的职责。与生成子类相比，它更具有灵活性。有时候，我们需要为一个对象而不是整个类添加一
11、些新的功能，比如，给一个文本区添加一个滚动条的功能。我们可以使用继承机制来实现这一功能，但 是这种方法不够灵活，我们无法控制文本区加滚动条的方式和时机。而且当文本区需要添加更多的功能时，比如边框等，需要创建新的类，而当需要组合使用这些功 能时无疑将会引起类的爆炸。我们可以使用一种更为灵活的方法，就是把文本区嵌入到滚动条中。而这个滚动条的类就相当于对文本区的一个装饰。这个装饰（滚动条）必须与被装饰 的组件（文本区）继承自同一个接口，这样，用户就不必关心装饰的实现，因为这对他们来说是透明的。装饰会将用户的请求转发给相应的组件（即调用相关的方 法），并可能在转发的前后做一些额外的动作（如添加滚动条）
12、。通过这种方法，我们可以根据组合对文本区嵌套不同的装饰，从而添加任意多的功能。这种动态的 对对象添加功能的方法不会引起类的爆炸，也具有了更多的灵活性。以上的方法就是 Decorator 模式，它通过给对象添加装饰来动态的添加新的功能。如下是 Decorator 模式的 UML 图：Component 为组件和装饰的公共父类，它定义了子类必须实现的方法。ConcreteComponent 是一个具体的组件类，可以通过给它添加装饰来增加新的功能。Decorator 是所有装饰的公共父类，它定义了所有装饰必须实现的方法，同时，它还保存了一个对于 Component 的引用，以便将用户的请求转发给 C
13、omponent，并可能在转发请求前后执行一些附加的动作。ConcreteDecoratorA 和 ConcreteDecoratorB 是具体的装饰，可以使用它们来装饰具体的 Component.我的理解：上图中的抽象链接流是一个 Decorator，它不真正的装饰，它只提供接口，让它的子类去装饰。相当于上图中的具体链接流去装饰原始流。JAVA IO 包中的 Decorator 模式JDK 提供的 java.io 包中使用了 Decorator 模式来实现对各种输入输出流的封装。以下将以 java.io.OutputStream 及其子类为例，讨论一下 Decorator 模式在 IO 中的
14、使用。首先来看一段用来创建 IO 流的代码：以下是代码片段：try OutputStream out = new DataOutputStream（new FileOutputStream（test.txt）； catch （FileNotFoundException e） e.printStackTrace（）；这段代码对于使用过 JAVA 输入输出流的人来说再熟悉不过了，我们使用DataOutputStream 封装了一个 FileOutputStream.这是一个典型的 Decorator 模式的使用，FileOutputStream 相当于 Component，DataOutputSt
15、ream 就是一个Decorator.将代码改成如下，将会更容易理解：以下是代码片段：try OutputStream out = new FileOutputStream（test.txt ）；out = new DataOutputStream（out）； catch（ FileNotFoundException e） e.printStatckTrace（）；由于 FileOutputStream 和 DataOutputStream 有公共的父类 OutputStream，因此对对象的装饰对于用户来说几乎是透明的。下面就来看看 OutputStream 及其子类是如何构成 Decora
16、tor 模式的：OutputStream 是一个抽象类，它是所有输出流的公共父类，其源代码如下：以下是代码片段：public abstract class OutputStream implements Closeable， Flushable public abstract void write（int b） throws IOException；它定义了 write（int b）的抽象方法。这相当于 Decorator 模式中的 Component类。ByteArrayOutputStream，FileOutputStream 和 PipedOutputStream 三个类都直接从 OutputStream 继承，以 ByteAr
