Java IO-InputStream家族 -裝飾者模式

看到一篇文章介紹Java IO的設計，感受講的太好了，忍不住想要轉過來，原網址看起來會更舒服

Java InputStream家族的設計

Java IO-InputStream家族 -裝飾者模式 陳霖 育樹霖瘋 2017-05-16 在學習java.io.*包的時候，Input-Stream那一羣類很讓人反感，子類繁多就不用說，使用起來很是奇怪。咱們想以緩存的方式從文件中讀取字節流。總要先建立一個FileInput-Stream,而後把這個File-InputStream放入Buffered-InputStream構造函數中去建立BufferedInputStre-am。完成這些工做後才能開始讀取文件。

(以緩存方式從文件中讀取數據輸入流的JAVA代碼)

爲何咱們不能直接建立以緩存方式從文件中讀取數據的輸入流類呢？今天我帶着這樣的問題走進InputStream的家，但願他可以給我答案。

我：老人家，我想問問，爲何咱們想以帶緩存的方式從文件中讀取字節流須要建立FileInputStream和BufferedInput-Stream兩個類，這麼麻煩的實現方式您是怎麼想到的？這種設計是否是太缺心眼了？

InputStream：年輕人，這要從好久好久之前提及。那時候Java剛剛被創造出來，我也幸運的被創造出來。那時候我尚未任何子孫，孤家寡人一個，無所事事。一天，有一個叫小霍的年輕人找到了我。他說他要讓我飛黃騰達，子孫滿堂。

我：這麼神？那您講講您和小霍之間的故事吧。

時光倒流回20年前，小霍初見InputStream。

小霍:InputStream你好，我是JAVA帝國計劃生育委員會的工做人員，今天我帶着任務而來，組織決定讓您兒孫滿堂。

InputStream：此話當真？

小霍：我小霍是誰啊，必須比啊。而了實現這個目標，我已經從計劃生育委員會給你爭取了好幾個生育名額。

InputStream：我知道從那爭取到名額很不容易，那你說說，組織準備讓我生幾個？

小霍：你是IO的輸入類，負責讀取數據（字節流）。數據就是你的包裹，你通常從哪些渠道得到包裹？

InputStream：文件，字節數組，StringBuffer，其它線程，對了還有已經被序列化的對象。

小霍：那你先根據數據來源的渠道生5個孩子，老大叫FileInputStream處理文件，老二叫ByteArrayInputStream處理字節數組，老三叫StringBufferInputStream處理StringBuffer，老四叫PipedInput-Stream處理線程間的輸入流，老五叫ObjectInputStream處理被序列化的對象。

InputStream：萬一有一個包裹裏面有多個或者多種數據輸入流呢。

小霍：那就再生一個SequenceInputStre-am處理一個包裹裏有多種數據來源的業務。還有其它問題嗎？沒問題我就回單位了。帝國剛創建，咱們計劃生育委員會掌管着全國的生育名額，我還忙着呢。你抓緊時間生孩子，有問題再找我。

InputStream：好咧，我這就關燈造人。

交流完畢後，小霍走了，我也抓緊時間把我6個孩子生了出來，爲國家作貢獻。In-putStream的6個孩子齊心合力，處理了JAVA早期不少的輸入業務。可是他們也面臨了新的問題。沒過多久。年輕的計生委員小霍再次找到了InputStream。

小霍：你那6孩子都是能人啊，可是如今客戶抱怨他們的工做還不夠到位。

InputStream：我那6個孩子個個工做勤勤懇懇，怎麼還不到位？

小霍：客戶嘛，都比較挑剔。他們抱怨大家讀取數據太慢了，尤爲是你的老大FileInputStream每次讀數據都慢死了。好多客戶等待都超過了幾十秒了，還沒把數據等回來。

InputStream：幾十秒很慢嗎？

小霍：咱們計算機都是以納秒計時的，所謂世間一秒鐘，機器已千年。那些客戶頭髮都等白了。

InputStream: 讀數據慢能怪我嗎？這不是硬盤慢形成的嗎？

小霍：是，是硬盤形成的，咱們想一個辦法讓用戶減小訪問硬盤的次數。好比建一個buffer怎麼樣？用戶須要的數據先讓他們在buffer裏面找，能找到就直接從buffer裏返回，實在找不到再去硬盤裏找。Buffer在內存裏，內存可比硬盤快10萬倍呢（內存在隨機訪問的速度上是硬盤的10萬倍以上）。

InputStream：這辦法好。客戶抱怨的其餘問題呢？

小霍：客戶想要的數據類型都是int, long, String這樣的JAVA基本類型，而你提供給他們的都是byte類型，還須要客戶本身進行類型轉換。客戶以爲麻煩。還有一個問題，stream裏面讀出來的數據就不能從新放回stream，客戶想要一個功能，能把讀出來的數據再推回stream裏面。

InputStream：看來我得再生3個孩子: 擁有緩存的BufferedInputStream，把byte轉換成JAVA基本類型的DataInput-Stream和回寫數據到stream的Push-backInput-Stream。

小霍：老夥計，你糊塗了，不止3個。你想一想，你已經有6個孩子。他們掌握着6種數據來源。若是每個數據來源都分別實現這3個新功能。你至少得生18個孩子吧。還有更大的問題，萬一客戶既想有數據回寫，又想要輸出int,long,String這樣的數據，還有要緩存。或者有的客戶只須要這3個新功能的其中2個呢？那麼一個數據源須要7個新類，6兄弟一共是42個。

InputStream：看來咱們得想象另外的辦法。這樣會形成類爆炸。再說讓我一下生那麼多孩子，我也煎熬啊。

小霍：你玩過俄羅斯套娃沒？一個實心的娃娃被各類各樣娃娃外殼套着。一個實心娃娃先套一個學生的外殼，那麼他就是學生了，若是我再在外面套一個運動員的殼，那麼他就成了有運動員身份的學生。咱們模仿這種形式，好比最裏面的實心娃娃是處理文件讀取的FileInputStream，外面套一個BufferedInputStream的殼，那麼這個套娃就是帶buffer的FileInput-Stream。若是再套一個DataInputStre-am，那麼套娃就成了能輸出int這樣java 基本類型而且帶buffer的FileInputStre-am。搭配由客戶去決定，咱們只須要提供套娃殼（新的3個功能類）和最裏面的實心娃InputStream（InputStream的6個孩子）。客戶在搭配套娃的時候必須有一個實心娃娃，不然就沒有數據來源。

（套娃圖）

InputStream：這很巧妙，那如何實現這樣一種設計呢？

小霍：有2個關鍵點：

1，既然套娃中必定有實心娃娃，那麼套娃的殼的類必須包含一個實心娃。好比BufferedInputStream裏面要包含一個InputStream,咱們經過BufferedInput-Stream的構造函數把這個實心娃娃Input-Stream放進去，固然DataInput-Stream和PushbackInputStream也同樣。

2，BufferedInputStream+實心娃娃InputStream組成的新套娃又能夠看成DataInputStream的實心娃娃，那麼咱們讓這些套娃的外殼BufferedInputStre-am，DataInputStream，BufferedInputStream都繼承自InputStream類，這樣才能實現新組成的套娃又能夠被另外的套娃殼嵌套。這３個套娃殼有着共同的特色都是裝飾實心娃娃，咱們再在他們上層在抽象一個FilterInputStream,讓FilterInput-Stream繼承自InputStream,讓Filter-InputStream裏面包含一個實心娃娃In-putStream。之後全部的裝飾類都從FilterInputStream繼承。

InputStream：這樣我也省事了，只須要再多生一個FilterInputStream，剩下的BufferedInputStream，DataInputStream，PushbackInputStream這樣的裝飾類都讓FilterInputStream去生了。

小霍：對，加上FilterInputStream，你就有７個孩子了，跟葫蘆娃同樣。前面６個哥哥都是和數據源有關，７弟就是用來裝飾6個哥哥。把數據源的InputStream類和裝飾的InputStream整合在了一塊兒。

InputStream：並且對於BufferedInput-Stream，DataInputStream，PushbackInputStream來講，我仍是爺爺，想着他們叫我爺爺的樣子，我內心就美滋滋的。

小霍：美的你，Java中不管多少次繼承都是子類父類關係，沒有爺爺這麼一說。我把家譜給你。你兒子太多，我就畫Byte-ArrayInputStream，FileInputStream 和FilterInputStream的簡化版。

（裝飾者模式類圖）

小霍：這樣的設計既避免了類爆炸，又可讓用戶本身去搭配核心類和裝飾類。並且也知足了一個重要的設計原則：開閉原則。這是指導思想。所謂開閉原則就是要對擴展開放，對修改關閉。咱們的目標是容許類很容易的進行擴展，在不修改代碼的狀況下就能夠搭配新的行爲。至於缺點嘛，在實例化的時候用戶不只僅實例化核心類，還要把核心類包進裝飾者中。對於初次接觸ＩＯ類庫的人，沒法輕易理解。

InputStream：這是一個好的設計模式，只是須要一些學習成本。之後要有人不理解這設計模式，我就把我和你之間的故事給他講一遍。

小霍：甚好。

時光回到如今．

InputStream：故事講完了，這下你明白了嗎？

我：原來是這樣啊，要是按照我起初的想法，有一個專門的類來處理個人InputFile-Stream+BufferedInputStream,那Input-Stream你早就由於類太多引發爆炸了。小霍是個厲害的人物啊。

InputStream：是啊，年輕人就的多學習。小霍確實是個了不得的人物。

結束語：有人問過關於文章裏說起的人物真實存在嗎？其實大多數都是我杜撰的。而本文中的小霍確有其人。亞瑟.範.霍夫(Arthurvan Hoff)早期傑出的Java工程師，大多數的Java.io類都出自他手。後來也擔任過Flipboard，Dell公司ＣＴＯ．謝謝他把這麼精彩的設計帶到人間。文中說起的全部類InputFileStream，Buffered-InputStream等均可以在java.io.*中找到，有興趣的能夠去讀讀源碼，jdk的源碼就是最規範的java規範,最詳細的文檔。