Java IO : 流，以及裝飾器模式在其上的運用

流概述

Java中，流是一種有序的字節序列，能夠有任意的長度。從應用流向目的地稱爲輸出流，從目的地流向應用稱爲輸入流。

Java的流族譜

Java的java.io包中囊括了整個流的家族，輸出流和輸入流的譜系以下所示：

InputStream和OutputStream

InputStream和OutputStream分別是輸入輸出流的頂級抽象父類，只定義了一些抽象方法供子類實現。

在輸出流OutputStream中，若是你須要向一個輸出流寫入數據，能夠調用void write(int b)方法，這個方法會將b的低八位寫入流中，高24位將會被自動忽略。若是想要批量寫入數據呢，那麼能夠調用void write(byte[] b) 方法將一個字節數組的內容所有寫入流中，同時還有void write(byte[] b, int off, int len)可讓你指定從哪裏寫入多少數據。
若是你但願你向流中寫入的數據可以儘快地輸送到目的地，好比說文件，那麼能夠在寫入數據後，調用flush()方法將當前輸出流刷到操做系統層面的緩衝區中。不過須要注意的是，此方法並不保證數據立馬就能刷到實際的物理目的地(好比說存儲)。
使用完流後應該調用其close()方法將流關閉，流關閉時，將會先flush，後關閉。

在輸入流InputStream中，能夠經過int read() 方法來從流中讀取一個字節，批量讀取字節能夠經過int read(byte[] b)或者int read(byte[] b, int off, int len)來實現，這兩個方法的返回值爲實際讀取到的字節數。若是須要重複讀取流中某段數據，能夠在讀取以前先使用void mark(int readlimit)方法在當前位置作一個記號，以後經過void reset()方法返回到以前作標記的位置，不過在作這些標記操做以前，須要先經過boolean markSupported()方法來肯定該流是否支持標記。若是對某些可預知的數據不感興趣，可使用long skip(long n)來調過一些流中的一些數據。

使用完流，不管是輸入仍是輸出流，都要調用其close()方法對其進行關閉。

裝飾器模式

裝飾器模式（Decorator Pattern）容許向一個現有的對象添加新的功能，同時又不改變其結構。這種類型的設計模式屬於結構型模式，它是做爲現有的類的一個包裝。

這種設計模式建立了一個裝飾類，用來包裝原有的類，並在保持類方法簽名完整性的前提下，提供了額外的功能。

以InputStream爲例，它是一個抽象類:

public abstract class InputStream implements Closeable {
    ...
    ...
}

並定義有抽象方法

public abstract int read() throws IOException;

該抽象方法由具體的子類去實現，經過InputStream的族譜圖能夠看到，直接繼承了InputStream，而且提供某一特定功能的子類有：

• ByteArrayInputStream

• FileInputStream

• ObjectInputStream

• PipedInputStream

• SequenceInputStream

• StringBufferInputStream

這些子類都具備特定的功能，好比說，FileInputStream表明一個文件輸入流並提供讀取文件內容的功能，ObjectInputStream提供了對象反序列化的功能。

InputStream這個抽象類有一個子類與上述其它子類很是不一樣，這個子類就是FilterInputStream，可參見上圖中的InputStream族譜圖。

翻開FilterInputStream的代碼，咱們能夠看到，它內部又維護了一個InputStream的成員對象，而且它的全部方法，都是調用這個成員對象的同名方法。
換句話說，FilterInputStream它什麼事都不作。就是把調用委託給內部的InputStream成員對象。以下所示：

public class FilterInputStream extends InputStream {
    protected volatile InputStream in;
    
    protected FilterInputStream(InputStream in) {
        this.in = in;
    }
    
    public int read() throws IOException {
        return in.read();
    }
    
    public int read(byte b[]) throws IOException {
        return read(b, 0, b.length);
    }
    
    public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {
        return in.read(b, off, len);
    }
    
    public long skip(long n) throws IOException {
        return in.skip(n);
    }
    
    public int available() throws IOException {
        return in.available();
    }
    
    public void close() throws IOException {
        in.close();
    }
    
    public synchronized void mark(int readlimit) {
        in.mark(readlimit);
    }
    public synchronized void reset() throws IOException {
        in.reset();
    }
    
    public boolean markSupported() {
        return in.markSupported();
    }

FilterInputStream的又有其子類，分別是：

• BufferedInputStream

• DataInputStream

• LineNumberInputStream

• PushbackInputStream

雖然從上面代碼看FilterInputStream並無作什麼有卵用的事，可是它的子類可不一樣了，以BufferedInputStream爲例，這個類提供了提早讀取數據的功能，也就是緩衝的功能。能夠看看它的read方法：

    public synchronized int read() throws IOException {        if (pos >= count) {
            fill();            if (pos >= count)                return -1;
        }        return getBufIfOpen()[pos++] & 0xff;
    }

能夠看到，當pos>=count時，意即須要提早緩衝一些數據的時候到了，那麼就會調用fill()將緩衝區加滿，以便後續讀取。因爲本文只討論io流的裝飾器模式，因此關於具體實現細節將不會展開討論，好比本文不會討論fill()方法是如何實現的，在這裏能夠先將它當作一個黑盒子。

從這裏能夠開始感覺到，BufferedInputStream就是一個裝飾者，它能爲一個本來沒有緩衝功能的InputStream添加上緩衝的功能。

好比咱們經常使用的FileInputStream，它並無緩衝功能，咱們每次調用read，都會向操做系統發起調用索要數據。假如咱們經過BufferedInputStream來裝飾它，那麼每次調用read，會預先向操做系統多拿一些數據，這樣就不知不覺中提升了程序的性能。如如下代碼所示：

BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(new File("/home/user/abc.txt")));

同理，對於其它的FilterInputStream的子類，其做用也是同樣的，那就是裝飾一個InputStream，爲它添加它本來不具備的功能。OutputStream以及家眷對於裝飾器模式的體現，也以此類推。

JDK中的io流的設計是設計模式中裝飾器模式的一個經典示範，若是細心發現，JDK中還有許多其它設計模式的體現，好比說監聽者模式等等。