[转]从Decorator,Adapter模式看Java/IO库

我想任何一本介绍模式的书在讲到Decorator模式的时候不能不提到它的实际应用--在Java/IO库里面的应用,<<Java与模式>>这本书也不例外,有点不一样的是,这本书在介绍的时候有个专题,是从两个模式来看Java/IO库,完这个专题后,个人感觉对Java/IO库有了全新的认识同时也加深了Decorator模式跟Adapter适配器模式的理解,现和大家分享下这个在我看来很伟大的成果,同时说明下,以下大部分文字跟图片是来自<<Java与模式>>这本书。

 一.引子(概括地介绍Java的IO)

 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,DataInputStream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:

 1 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流的输入与输出的两个平行的等级结构的根部。

 2 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DataOutputStream都是流处理器的例子。

 1 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:

2 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库所有流处理器的起点。

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中间一部分缺失!

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四 适配器模式的应用

 适配器模式是Java I/O库中第二个最为重要的设计模式。
 InputStream原始流处理器中的适配器模式
 InputStream类型的原始流处理器是适配器模式的应用。
 ByteArrayInputStream是一个适配器类
 ByteArrayInputStream继承了InputStream的接口,而封装了一个byte数组。换言之,它将一个byte数组的接口适配成InputStream流处理器的接口。
 我们知道Java语言支持四种类型:Java接口,Java类,Java数组,原始类型(即int,float等)。前三种是引用类型,类和数组的实例是对象,原始类型的值不是对象。
也即,Java语言的数组是像所有的其他对象一样的对象,而不管数组中所存储的元素类型是什么。
这样一来的话,ByteArrayInputStream就符合适配器模式的描述,是一个对象形式的适配器类。
FileInputStream是一个适配器类
在FileInputStream继承了InputStrem类型,同时持有一个对FileDiscriptor的引用。这是将一个FileDiscriptor对象适配成InputStrem类型的对象形式的适配器模式,如下图所示:

查看JDK1.4的源代码我们可以看到:
 Public class FileInputStream extends InputStream
 /* File Descriptor - handle to the open file */
   private FileDescriptor fd;
   public FileInputStream(FileDescriptor fdObj) {
     SecurityManager 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();
if (security != null) {
security.checkRead(name);
}
fd = new FileDescriptor();
open(name);
}
//其它代码
StringBufferInputString继承了InputString类型,同时持有一个对String对象的引用,这是一个将String对象适配成InputString类型的对象形式的适配器模式,如下图所示:
 OutputStream原始流处理器中的适配器模式
同样地,在OutputStream类型中,所有的原始流处理器都是适配器类。
ByteArrayOutputStream继承了OutputStream类型,同时持有一个对byte数组的引用。它一个byte数组的接口适配成OutputString类型的接口,因此也是一个对象形式的适配器模式的应用。
FileOutputStream是一个适配器类
FileOutputStream继承了OutputStream类型,同时持有一个对FileDiscriptor对象的引用。这是一个将FileDiscriptor接口适配成OutputStream接口形式的对象形适配器模式。
Reader原始流处理器中的适配器模式
Reader类型的原始流处理器都是适配器模式的应用。
StringReader是一个适配器类
StringReader类继承了Reader类型,持有一个对String对象的引用。它将String的接口适 配成Reader类型的接口,如下图所示:
byte流到char流的适配
在Java I/O库中,使用比较频繁的要数InputStreamReader,OutputStreamWriter这两种类了,
InputStreamReader是从byte输入流到char输入流的一个适配器。下图所示就是 InputStreamReader与Reader和InputStream等类的结构图:
当把InputStreamReader与任何InputStream的具体子类链接的时候,可以从InputStream的输出读入byte类型的数据,将之转换成为char类型的数据,如下图所示:
查看JDK1.4的InputStreamReader源代码:
public class InputStreamReader extends Reader {
 private final StreamDecoder sd;
 /**
 * Create an InputStreamReader that uses the default charset.
  *
 * @param in   An InputStream
 */
public InputStreamReader(InputStream in) {
super(in);
 try {
 sd = StreamDecoder.forInputStreamReader(in, this, (String)null); // ## check lock object
 } catch (UnsupportedEncodingException e) {
 // The default encoding should always be available
throw new Error(e);
}
 //其它代码
}
其中StreamDecoder是sun.nio.cs这个包里的一个类
OutputStreamWriter是适配器类
同样道理我们能得出OutputStringWriter是从OutputStream到Writer的适配器类。也就是说,与任何一个OutputStream的具体子类相链接时,OutputStringWriter可以将OutputStream类型的byte流适配成为char流。
它的源代码跟上面的InputStreamReader差不多,这就不贴出来,感兴趣可以查看JDK1.4在线源码
这本书后面还有个小例子,附有一些讲解,我就不列出来了,有书的可以看看。
五 总结
在这三篇文章里主要是汲及到三个知识点:
知识点一: Java I/O库的四大等级结构
Java语言的I/O库提供了四大等级结构:InputStream,OutputStream,Reader,Writer四个系列的类。InputStream和OutputStream处理8位字节流数据, Reader和Writer处理16位的字符流数据。InputStream和Reader处理输入, OutputStream和Writer处理输出。
知识点二: Decorator模式在Java I/O库的应用
知识点三: Adapter模式在Java I/O库的应用
 
原文地址:https://www.cnblogs.com/jancco/p/2488962.html