Java IO-InputStream家族 -装饰者模式

看到一篇文章介绍Java IO的设计，感受讲的太好了，忍不住想要转过来，原网址看起来会更舒服

Java InputStream家族的设计

Java IO-InputStream家族 -装饰者模式 陈霖 育树霖疯 2017-05-16 在学习java.io.*包的时候，Input-Stream那一群类很让人反感，子类繁多就不用说，使用起来很是奇怪。咱们想以缓存的方式从文件中读取字节流。总要先建立一个FileInput-Stream,而后把这个File-InputStream放入Buffered-InputStream构造函数中去建立BufferedInputStre-am。完成这些工做后才能开始读取文件。

(以缓存方式从文件中读取数据输入流的JAVA代码)

为何咱们不能直接建立以缓存方式从文件中读取数据的输入流类呢？今天我带着这样的问题走进InputStream的家，但愿他可以给我答案。

我：老人家，我想问问，为何咱们想以带缓存的方式从文件中读取字节流须要建立FileInputStream和BufferedInput-Stream两个类，这么麻烦的实现方式您是怎么想到的？这种设计是否是太缺心眼了？

InputStream：年轻人，这要从好久好久之前提及。那时候Java刚刚被创造出来，我也幸运的被创造出来。那时候我尚未任何子孙，孤家寡人一个，无所事事。一天，有一个叫小霍的年轻人找到了我。他说他要让我飞黄腾达，子孙满堂。

我：这么神？那您讲讲您和小霍之间的故事吧。

时光倒流回20年前，小霍初见InputStream。

小霍:InputStream你好，我是JAVA帝国计划生育委员会的工做人员，今天我带着任务而来，组织决定让您儿孙满堂。

InputStream：此话当真？

小霍：我小霍是谁啊，必须比啊。而了实现这个目标，我已经从计划生育委员会给你争取了好几个生育名额。

InputStream：我知道从那争取到名额很不容易，那你说说，组织准备让我生几个？

小霍：你是IO的输入类，负责读取数据（字节流）。数据就是你的包裹，你通常从哪些渠道得到包裹？

InputStream：文件，字节数组，StringBuffer，其它线程，对了还有已经被序列化的对象。

小霍：那你先根据数据来源的渠道生5个孩子，老大叫FileInputStream处理文件，老二叫ByteArrayInputStream处理字节数组，老三叫StringBufferInputStream处理StringBuffer，老四叫PipedInput-Stream处理线程间的输入流，老五叫ObjectInputStream处理被序列化的对象。

InputStream：万一有一个包裹里面有多个或者多种数据输入流呢。

小霍：那就再生一个SequenceInputStre-am处理一个包裹里有多种数据来源的业务。还有其它问题吗？没问题我就回单位了。帝国刚创建，咱们计划生育委员会掌管着全国的生育名额，我还忙着呢。你抓紧时间生孩子，有问题再找我。

InputStream：好咧，我这就关灯造人。

交流完毕后，小霍走了，我也抓紧时间把我6个孩子生了出来，为国家作贡献。In-putStream的6个孩子齐心合力，处理了JAVA早期不少的输入业务。可是他们也面临了新的问题。没过多久。年轻的计生委员小霍再次找到了InputStream。

小霍：你那6孩子都是能人啊，可是如今客户抱怨他们的工做还不够到位。

InputStream：我那6个孩子个个工做勤勤恳恳，怎么还不到位？

小霍：客户嘛，都比较挑剔。他们抱怨大家读取数据太慢了，尤为是你的老大FileInputStream每次读数据都慢死了。好多客户等待都超过了几十秒了，还没把数据等回来。

InputStream：几十秒很慢吗？

小霍：咱们计算机都是以纳秒计时的，所谓世间一秒钟，机器已千年。那些客户头发都等白了。

InputStream: 读数据慢能怪我吗？这不是硬盘慢形成的吗？

小霍：是，是硬盘形成的，咱们想一个办法让用户减小访问硬盘的次数。好比建一个buffer怎么样？用户须要的数据先让他们在buffer里面找，能找到就直接从buffer里返回，实在找不到再去硬盘里找。Buffer在内存里，内存可比硬盘快10万倍呢（内存在随机访问的速度上是硬盘的10万倍以上）。

InputStream：这办法好。客户抱怨的其余问题呢？

小霍：客户想要的数据类型都是int, long, String这样的JAVA基本类型，而你提供给他们的都是byte类型，还须要客户本身进行类型转换。客户以为麻烦。还有一个问题，stream里面读出来的数据就不能从新放回stream，客户想要一个功能，能把读出来的数据再推回stream里面。

InputStream：看来我得再生3个孩子: 拥有缓存的BufferedInputStream，把byte转换成JAVA基本类型的DataInput-Stream和回写数据到stream的Push-backInput-Stream。

小霍：老伙计，你糊涂了，不止3个。你想一想，你已经有6个孩子。他们掌握着6种数据来源。若是每个数据来源都分别实现这3个新功能。你至少得生18个孩子吧。还有更大的问题，万一客户既想有数据回写，又想要输出int,long,String这样的数据，还有要缓存。或者有的客户只须要这3个新功能的其中2个呢？那么一个数据源须要7个新类，6兄弟一共是42个。

InputStream：看来咱们得想象另外的办法。这样会形成类爆炸。再说让我一下生那么多孩子，我也煎熬啊。

小霍：你玩过俄罗斯套娃没？一个实心的娃娃被各类各样娃娃外壳套着。一个实心娃娃先套一个学生的外壳，那么他就是学生了，若是我再在外面套一个运动员的壳，那么他就成了有运动员身份的学生。咱们模仿这种形式，好比最里面的实心娃娃是处理文件读取的FileInputStream，外面套一个BufferedInputStream的壳，那么这个套娃就是带buffer的FileInput-Stream。若是再套一个DataInputStre-am，那么套娃就成了能输出int这样java 基本类型而且带buffer的FileInputStre-am。搭配由客户去决定，咱们只须要提供套娃壳（新的3个功能类）和最里面的实心娃InputStream（InputStream的6个孩子）。客户在搭配套娃的时候必须有一个实心娃娃，不然就没有数据来源。

（套娃图）

InputStream：这很巧妙，那如何实现这样一种设计呢？

小霍：有2个关键点：

1，既然套娃中必定有实心娃娃，那么套娃的壳的类必须包含一个实心娃。好比BufferedInputStream里面要包含一个InputStream,咱们经过BufferedInput-Stream的构造函数把这个实心娃娃Input-Stream放进去，固然DataInput-Stream和PushbackInputStream也同样。

2，BufferedInputStream+实心娃娃InputStream组成的新套娃又能够看成DataInputStream的实心娃娃，那么咱们让这些套娃的外壳BufferedInputStre-am，DataInputStream，BufferedInputStream都继承自InputStream类，这样才能实现新组成的套娃又能够被另外的套娃壳嵌套。这３个套娃壳有着共同的特色都是装饰实心娃娃，咱们再在他们上层在抽象一个FilterInputStream,让FilterInput-Stream继承自InputStream,让Filter-InputStream里面包含一个实心娃娃In-putStream。之后全部的装饰类都从FilterInputStream继承。

InputStream：这样我也省事了，只须要再多生一个FilterInputStream，剩下的BufferedInputStream，DataInputStream，PushbackInputStream这样的装饰类都让FilterInputStream去生了。

小霍：对，加上FilterInputStream，你就有７个孩子了，跟葫芦娃同样。前面６个哥哥都是和数据源有关，７弟就是用来装饰6个哥哥。把数据源的InputStream类和装饰的InputStream整合在了一块儿。

InputStream：并且对于BufferedInput-Stream，DataInputStream，PushbackInputStream来讲，我仍是爷爷，想着他们叫我爷爷的样子，我内心就美滋滋的。

小霍：美的你，Java中不管多少次继承都是子类父类关系，没有爷爷这么一说。我把家谱给你。你儿子太多，我就画Byte-ArrayInputStream，FileInputStream 和FilterInputStream的简化版。

（装饰者模式类图）

小霍：这样的设计既避免了类爆炸，又可让用户本身去搭配核心类和装饰类。并且也知足了一个重要的设计原则：开闭原则。这是指导思想。所谓开闭原则就是要对扩展开放，对修改关闭。咱们的目标是容许类很容易的进行扩展，在不修改代码的状况下就能够搭配新的行为。至于缺点嘛，在实例化的时候用户不只仅实例化核心类，还要把核心类包进装饰者中。对于初次接触ＩＯ类库的人，没法轻易理解。

InputStream：这是一个好的设计模式，只是须要一些学习成本。之后要有人不理解这设计模式，我就把我和你之间的故事给他讲一遍。

小霍：甚好。

时光回到如今．

InputStream：故事讲完了，这下你明白了吗？

我：原来是这样啊，要是按照我起初的想法，有一个专门的类来处理个人InputFile-Stream+BufferedInputStream,那Input-Stream你早就由于类太多引发爆炸了。小霍是个厉害的人物啊。

InputStream：是啊，年轻人就的多学习。小霍确实是个了不得的人物。

结束语：有人问过关于文章里说起的人物真实存在吗？其实大多数都是我杜撰的。而本文中的小霍确有其人。亚瑟.范.霍夫(Arthurvan Hoff)早期杰出的Java工程师，大多数的Java.io类都出自他手。后来也担任过Flipboard，Dell公司ＣＴＯ．谢谢他把这么精彩的设计带到人间。文中说起的全部类InputFileStream，Buffered-InputStream等均可以在java.io.*中找到，有兴趣的能够去读读源码，jdk的源码就是最规范的java规范,最详细的文档。