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JAVA IO 设计模式彻底分析

我想任何一本先容模式的书在讲到Decorator模式的时刻不能不提到它的实际利用——在Java/IO库里面的利用,>这本书也不例外,有点不一样的是,这本书在先容的时刻有个专题,是从两个模式来看Java/IO库,完这个专题后,小我感到对Java/IO库有了全新的熟识同时也加深了Decorator模式跟Adapter适配器模式的理解,现和大年夜家分享下这个在我看来很巨大年夜的成果,同时阐明下,以下大年夜部分翰墨跟图片是来自>这本书。

一。引子(概括地先容Java的IO)

无论是哪种编程说话,输入跟输出都是紧张的一部分,Java也不例外,而且Java将输入/输出的功能和应用范畴做了很大年夜的扩充。它采纳了流的机制来实现输入/输出,所谓流,便是数据的有序排列,而流可所以从某个源(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。由流的偏向,可以分成输入流和输出流,一个法度榜样从输入流读取数据向输出流写数据。

如,一个法度榜样可以用FileInputStream类从一个磁盘文件读取数据,如下图所示:

像FileInputStream这样的处置惩罚器叫做流处置惩罚器,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。

同样事理,也可以用FileOutputStream类向一个磁盘文件写数据,如下图所示:

在实际利用这种机制并不没有太大年夜的用场,法度榜样必要写出地平日是异常布局化的信息,是以这些byte类型的数据实际上是一些数值,翰墨,源代码等。Java的I/O库供给了一个称做链接(Chaining)的机制,可以将一个流处置惩罚器跟另一个流处置惩罚器首尾相接,以此中之一的输出为输入,形成一个流管道的链接。

例如,DataInputStream流处置惩罚器可以把FileInputStream流工具的输出算作输入,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历程。一个法度榜样必要向一个文件里写入的数据每每都是布局化的,而Byte类型则是原始类型。是以在写的时刻必须颠末转换。DataOutputStream流处置惩罚器供给了接管了原始数据类型和String数据类型,而这个流处置惩罚器的输出数据则是Byte类型。也便是说DataOutputStream可以将源数据转换成Byte类型的数据,再输出来。

这样一来,就可以将DataOutputStream与FileOutputStream链接起来,这样法度榜样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,达到将布局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年夜感化。

流处置惩罚器所处置惩罚的流必定都有流源,而假如将流类所处置惩罚的流源分类的话,基础可以分成两大年夜类:

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说话的I/O库是对各类常见的流源,流汇以及处置惩罚历程的抽象化。客户真个Java法度榜样不必知道终极的流源,流汇是磁盘上的文件照样数组等;也不必关心数据是否颠末缓冲的,可否按照行号读取等处置惩罚的细节。

书中提到了,对付第一次见到Java/IO库的人,无不由于这个库的繁芜而认为利诱;而对付认识这个库的人,而又经常为这个库的设计是否适合而争辩不体。书的作者提出自己的意见,要理解Java I/O这个宏大年夜而繁杂的库,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,它们分手是:

1 输入-输出对称性,比如InputStream和OutputStream各自盘踞Byte流的输入与输出的两个平行的等级布局的根部。而Reader和Writer各自盘踞Char流的输入与输出的两个平行的等级布局的根部。

2 byte-char对称,InputStream和Reader的子类分手认真Byte和Char流的输入;OutputStream和Writer的子类分手认真Byte和Char流的输出,它们分手形成平行的等级布局。

Java I/O库的两个设计模式:

Java的I/O库总体设计是相符装饰者模式(Decorator)跟适配器模式(Adapter)的。如前所述,这个库中处置惩罚流的类叫做流类。引子里所谈到的FileInputStream,FileOutputStream,DataInputStream及DataOutputStream都是流处置惩罚器的例子。

1 装饰者模式:在由InputStream,OutputStream,Reader和Writer代表的等级布局内部,有一些流处置惩罚器可以对另一些流处置惩罚器起到装饰感化,形成新的,具有改良了的功能的流处置惩罚器。装饰者模式是Java I/O库的整体设计模式。这样的一个原则是相符装饰者模式的,如下图所示:

2 适配器模式:在由InputStream,OutputStream,Reader和Writer代表的等级布局内部,有一些流处置惩罚器是对其它类型的流源的适配。这便是适配器模式的利用,如下图所示。

适配器模式利用到了原始流处置惩罚器的设计上面,构成了I/O库所有流处置惩罚器的动身点。

JDK为法度榜样员供给了大年夜量的类库,而为了维持类库的可重用性,可扩展性和机动性,此中应用到了大年夜量的设计模式,本文将先容JDK的I/O包中应用到的Decorator模式,并运用此模式,实现一个新的输出流类。

Decorator模式简介

Decorator模式别名包装器(Wrapper),它的主要用途在于给一个工具动态的添加一些额外的职责。与天生子类比拟,它更具有机动性。

无意偶尔候,我们必要为一个工具而不是全部类添加一些新的功能,比如,给一个文本区添加一个滚动条的功能。我们可以应用承袭机制来实现这一功能,然则这种措施不敷机动,我们无法节制文本区加滚动条的要领和机会。而且当文本区必要添加更多的功能时,比如边框等,必要创建新的类,而当必要组合应用这些功能时无疑将会引起类的爆炸。

我们可以应用一种更为机动的措施,便是把文本区嵌入到滚动条中。而这个滚动条的类就相称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)承袭自同一个接口,这样,用户就不必关心装饰的实现,由于这对他们来说是透明的。装饰会将用户的哀求转发给响应的组件(即调用相关的措施),并可能在转发的前后做一些额外的动作(如添加滚动条)。经由过程这种措施,我们可以根据组合对文本区嵌套不合的装饰,从而添加随意率性多的功能。这种动态的对工具添加功能的措施不会引起类的爆炸,也具有了更多的机动性。

以上的措施便是Decorator模式,它经由过程给工具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措施。

ConcreteComponent是一个详细的组件类,可以经由过程给它添加装饰来增添新的功能。

Decorator是所有装饰的公共父类,它定义了所有装饰必须实现的措施,同时,它还保存了一个对付Component的引用,以便将用户的哀求转发给Component,并可能在转发哀求前后履行一些附加的动作。

ConcreteDecoratorA和ConcreteDecoratorB是详细的装饰,可以应用它们来装饰详细的Component.

JAVA IO包中的Decorator模式

JDK供给的java.io包中应用了Decorator模式来实现对各类输入输出流的封装。以下将以java.io.OutputStream及其子类为例,评论争论一下Decorator模式在IO中的应用。

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();

}

这段代码对付应用过JAVA输入输出流的人来说再认识不过了,我们应用DataOutputStream封装了一个FileOutputStream.这是一个范例的Decorator模式的应用,FileOutputStream相称于Component,DataOutputStream便是一个Decorator.将代码改成如下,将会更轻易理解:

以下是代码片段:

try {

OutputStream out = new FileOutputStream("test.txt");

out = new DataOutputStream(out);

} catch(FileNotFoundException e) {

e.printStatckTrace();

}

因为FileOutputStream和DataOutputStream有公共的父类OutputStream,是以对工具的装饰对付用户来说险些是透明的。下面就来看看OutputStream及其子类是若何构成Decorator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)的抽象措施。这相称于Decorator模式中的Component类。

ByteArrayOutputStream,FileOutputStream 和 PipedOutputStream 三个类都直接从OutputStream承袭,以ByteArrayOutputStream为例:

以下是代码片段:

public class ByteArrayOutputStream extends OutputStream {

protected byte buf[];

protected int count;

public ByteArrayOutputStream() {

this(32);

}

public ByteArrayOutputStream(int size) {

if (size 〈 0) {

throw new IllegalArgumentException("Negative initial size: "

+ size);

}

buf = new byte[size];

}

public synchronized void write(int b) {

int newcount = count + 1;

if (newcount 〉 buf.length) {

byte newbuf[] = new byte[Math.max(buf.length 〈〈 1, newcount)];

System.arraycopy(buf, 0, newbuf, 0, count);

buf = newbuf;

}

buf[count] = (byte)b;

count = newcount;

}

……

}

它实现了OutputStream中的write(int b)措施,是以我们可以用来创建输出流的工具,并完成特定款式的输出。它相称于Decorator模式中的ConcreteComponent类。

接着来看一下FilterOutputStream,代码如下:

以下是代码片段:

public class FilterOutputStream extends OutputStream {

protected OutputStream out;

public FilterOutputStream(OutputStream out) {

this.out = out;

}

public void write(int b) throws IOException {

out.write(b);

}

……

}

同样,它也是从OutputStream承袭。然则,它的构造函数很分外,必要通报一个OutputStream的引用给它,并且它将保存对此工具的引用。而假如没有详细的OutputStream工具存在,我们将无法创建FilterOutputStream.因为out既可所以指向FilterOutputStream类型的引用,也可所以指向ByteArrayOutputStream等详细输出流类的引用,是以应用多层嵌套的要领,我们可以为ByteArrayOutputStream添加多种装饰。这个FilterOutputStream类相称于Decorator模式中的Decorator类,它的write(int b)措施只是简单的调用了传入的流的write(int b)措施,而没有做更多的处置惩罚,是以它本色上没有对流进行装饰,以是承袭它的子类必须覆盖此措施,以达到装饰的目的。

BufferedOutputStream 和 DataOutputStream是FilterOutputStream的两个子类,它们相称于Decorator模式中的ConcreteDecorator,并对传入的输出流做了不合的装饰。以BufferedOutputStream类为例:

以下是代码片段:

public class BufferedOutputStream extends FilterOutputStream {

……

private void flushBuffer() throws IOException {

if (count 〉 0) {

out.write(buf, 0, count);

count = 0;

}

}

public synchronized void write(int b) throws IOException {

if (count 〉= buf.length) {

flushBuffer();

}

buf[count++] = (byte)b;

}

……

}

这个类供给了一个缓存机制,等到缓存的容量达到必然的字节数时才写入输出流。首先它承袭了FilterOutputStream,并且覆盖了父类的write(int b)措施,在调用输出流写出数据前都邑反省缓存是否已满,假如未满,则不写。这样就实现了对输出流工具动态的添加新功能的目的。

下面,将应用Decorator模式,为IO写一个新的输出流。

自己写一个新的输出流

懂得了OutputStream及其子类的布局道理后,我们可以写一个新的输出流,来添加新的功能。这部分中将给出一个新的输出流的例子,它将过滤待输出语句中的空格符号。比如必要输出"java io OutputStream",则过滤后的输出为"javaioOutputStream".以下为SkipSpaceOutputStream类的代码:

以下是代码片段:

import java.io.FilterOutputStream;

import java.io.IOException;

import java.io.OutputStream;

/**

* A new output stream, which will check the space character

* and won‘t write it to the output stream.

* @author Magic

*

*/

public class SkipSpaceOutputStream extends FilterOutputStream {

public SkipSpaceOutputStream(OutputStream out) {

super(out);

}

/**

* Rewrite the method in the parent class, and

* skip the space character.

*/

public void write(int b) throws IOException{

if(b!=‘ ’){

super.write(b);

}

}

}

它从FilterOutputStream承袭,并且重写了它的write(int b)措施。在write(int b)措施中首先对输入字符进行了反省,假如不是空格,则输出。

以下是一个测试法度榜样:

以下是代码片段:

import java.io.BufferedInputStream;

import java.io.DataInputStream;

import java.io.DataOutputStream;

import java.io.IOException;

import java.io.InputStream;

import java.io.OutputStream;

/**

* Test the SkipSpaceOutputStream.

* @author Magic

*

*/

public class Test {

public static void main(String[] args){

byte[] buffer = new byte[1024];

/**

* Create input stream from the standard input.

*/

InputStream in = new BufferedInputStream(new DataInputStream(System.in));

/**

* write to the standard output.

*/

OutputStream out = new SkipSpaceOutputStream(new DataOutputStream(System.out));

try {

System.out.println("Please input your words: ");

int n = in.read(buffer,0,buffer.length);

for(int i=0;i〈n;i++){

out.write(buffer[i]);

}

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

履行以上测试法度榜样,将要求用户在console窗口中输入信息,法度榜样将过滤掉落信息中的空格,并将着末的结果输出到console窗口。比如:

以下是引用片段:

Please input your words:

a b c d e f

abcdef

总结

在java.io包中,不仅OutputStream用到了Decorator设计模式,InputStream,Reader,Writer等都用到了此模式。而作为一个机动的,可扩展的类库,JDK中应用了大年夜量的设计模式,比如在Swing包中的MVC模式,RMI中的Proxy模式等等。对付JDK中模式的钻研不仅能加深对付模式的理解,而且还有利于更透彻的懂得类库的布局和组成。

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