• java io与装饰器模式


    java中io包运用到了装饰器模式,下面是java中io的类结构图:

    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。

     

    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。

    三 装饰模式的应用

     学过装饰模式后,大家会发现,它在Java语言中最著名的应用莫过于Java I/O标准为库的设计了。这一节将以处理Byte流为例,看看装饰模式是怎样得到应用的。

     为什么不用继承而用装饰模式

     我们知道Java I/O库需要很多性能的各种组合,如果说这些性能的组合是通过继承方式来实现的话,那么每一种组合都需要一个类,这样就会出现大量重复性问题的出现,从而使类数目“爆炸”。而如果采用装饰模式,那么不仅类的数目大减少了,性能的重复也可以减至到最少。所以装饰模式是Java I/O库的基本模式。在这里我想再用<<Head First Design Pattern>>中讲到装饰模式时候的一个例子,看看装饰模式是怎么达到不仅类的数目大减少了,性能的重复也可以减至到最少:

     它这个例子大概是说:Beverage是一个抽象类,它被所有在一个咖啡店里卖的饮料继承。Beverage有个抽象方法cost,所有的子类都要实现这个抽象方法,计算它们的价格。现在有四个最基本的咖啡:HouseBlend,DarkRoast,Decaf,Espresso他们都继承自Beverage,现在的需求是说在四个最基本的咖啡里,每个都可以随便地添加调味品,像steamed milk,soy,还有mocha最后是加上whipped milk。如果是说按继承来实现这种几个调味品跟原来咖啡的组合的话,我们会很自然地设计来下面的类图来:

     

     

    看到了上面的类图了吗,我们不禁会说这就是“类爆炸”。如果是按装饰模式的设计思路我们可以得出下面的设计类图:

     

    装饰器模式类图:

     

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