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JDK為程序員提供了大量的類(lèi)庫(kù)，而為了保持類(lèi)庫(kù)的可重用性，可擴(kuò)展性和靈活性，其中使用到了大量的設(shè)計(jì)模式，本文將介紹JDK的I/O包中使用到的Decorator模式，并運(yùn)用此模式，實(shí)現(xiàn)一個(gè)新的輸出流類(lèi)。
Decorator模式簡(jiǎn)介
Decorator模式又名包裝器(Wrapper)，它的主要用途在于給一個(gè)對(duì)象動(dòng)態(tài)的添加一些額外的職責(zé)。與生成子類(lèi)相比，它更具有靈活性。
有時(shí)候，我們需要為一個(gè)對(duì)象而不是整個(gè)類(lèi)添加一些新的功能，比如，給一個(gè)文本區(qū)添加一個(gè)滾動(dòng)條的功能。我們可以使用繼承機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能，但是這種方法不夠靈活，我們無(wú)法控制文本區(qū)加滾動(dòng)條的方式和時(shí)機(jī)。而且當(dāng)文本區(qū)需要添加更多的功能時(shí)，比如邊框等，需要?jiǎng)?chuàng)建新的類(lèi)，而當(dāng)需要組合使用這些功能時(shí)無(wú)疑將會(huì)引起類(lèi)的爆炸。
我們可以使用一種更為靈活的方法，就是把文本區(qū)嵌入到滾動(dòng)條中。而這個(gè)滾動(dòng)條的類(lèi)就相當(dāng)于對(duì)文本區(qū)的一個(gè)裝飾。這個(gè)裝飾(滾動(dòng)條)必須與被裝飾的組件(文本區(qū))繼承自同一個(gè)接口，這樣，用戶(hù)就不必關(guān)心裝飾的實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檫@對(duì)他們來(lái)說(shuō)是透明的。裝飾會(huì)將用戶(hù)的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的組件(即調(diào)用相關(guān)的方法)，并可能在轉(zhuǎn)發(fā)的前后做一些額外的動(dòng)作(如添加滾動(dòng)條)。通過(guò)這種方法，我們可以根據(jù)組合對(duì)文本區(qū)嵌套不同的裝飾，從而添加任意多的功能。這種動(dòng)態(tài)的對(duì)對(duì)象添加功能的方法不會(huì)引起類(lèi)的爆炸，也具有了更多的靈活性。
以上的方法就是Decorator模式，它通過(guò)給對(duì)象添加裝飾來(lái)動(dòng)態(tài)的添加新的功能。如下是Decorator模式的UML圖：
Component為組件和裝飾的公共父類(lèi)，它定義了子類(lèi)必須實(shí)現(xiàn)的方法。
ConcreteComponent是一個(gè)具體的組件類(lèi)，可以通過(guò)給它添加裝飾來(lái)增加新的功能。
Decorator是所有裝飾的公共父類(lèi)，它定義了所有裝飾必須實(shí)現(xiàn)的方法，同時(shí)，它還保存了一個(gè)對(duì)于Component的引用，以便將用戶(hù)的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給Component，并可能在轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求前后執(zhí)行一些附加的動(dòng)作。
ConcreteDecoratorA和ConcreteDecoratorB是具體的裝飾，可以使用它們來(lái)裝飾具體的Component。
Java IO包中的Decorator模式
JDK提供的java.io包中使用了Decorator模式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種輸入輸出流的封裝。以下將以java.io.OutputStream及其子類(lèi)為例，討論一下Decorator模式在IO中的使用。
首先來(lái)看一段用來(lái)創(chuàng)建IO流的代碼：
以下是代碼片段：
try {
OutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream("test.txt"));
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
這段代碼對(duì)于使用過(guò)JAVA輸入輸出流的人來(lái)說(shuō)再熟悉不過(guò)了，我們使用DataOutputStream封裝了一個(gè)FileOutputStream。這是一個(gè)典型的Decorator模式的使用，F(xiàn)ileOutputStream相當(dāng)于Component，DataOutputStream就是一個(gè)Decorator。將代碼改成如下，將會(huì)更容易理解：
以下是代碼片段：
try {
OutputStream out = new FileOutputStream("test.txt");
out = new DataOutputStream(out);
} catch(FileNotFoundException e) {
e.printStatckTrace();
}
由于FileOutputStream和DataOutputStream有公共的父類(lèi)OutputStream，因此對(duì)對(duì)象的裝飾對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)幾乎是透明的。下面就來(lái)看看OutputStream及其子類(lèi)是如何構(gòu)成Decorator模式的：
OutputStream是一個(gè)抽象類(lèi)，它是所有輸出流的公共父類(lèi)，其源代碼如下：
以下是代碼片段：
public abstract class OutputStream implements Closeable, Flushable {
public abstract void write(int b) throws IOException;
...
}
它定義了write(int b)的抽象方法。這相當(dāng)于Decorator模式中的Component類(lèi)。
ByteArrayOutputStream，F(xiàn)ileOutputStream 和 PipedOutputStream 三個(gè)類(lèi)都直接從OutputStream繼承，以ByteArrayOutputStream為例：
以下是代碼片段：
public class ByteArrayOutputStream extends OutputStream {
protected byte buf[];
protected int count;
public ByteArrayOutputStream() {
this(32);
}
public ByteArrayOutputStream(int size) {
if (size 〈 0) {
throw new IllegalArgumentException("Negative initial size: " + size);
}
buf = new byte[size];
}
public synchronized void write(int b) {
int newcount = count + 1;
if (newcount 〉 buf.length) {
byte newbuf[] = new byte[Math.max(buf.length 〈〈 1, newcount)];
System.arraycopy(buf, 0, newbuf, 0, count);
buf = newbuf;
}
buf[count] = (byte)b;
count = newcount;
}
...
}
它實(shí)現(xiàn)了OutputStream中的write(int b)方法，因此我們可以用來(lái)創(chuàng)建輸出流的對(duì)象，并完成特定格式的輸出。它相當(dāng)于Decorator模式中的ConcreteComponent類(lèi)。
接著來(lái)看一下FilterOutputStream，代碼如下：
以下是代碼片段：
public class FilterOutputStream extends OutputStream {
protected OutputStream out;
public FilterOutputStream(OutputStream out) {
this.out = out;
}
public void write(int b) throws IOException {
out.write(b);
}
...
}
同樣，它也是從OutputStream繼承。但是，它的構(gòu)造函數(shù)很特別，需要傳遞一個(gè)OutputStream的引用給它，并且它將保存對(duì)此對(duì)象的引用。而如果沒(méi)有具體的OutputStream對(duì)象存在，我們將無(wú)法創(chuàng)建FilterOutputStream。由于out既可以是指向FilterOutputStream類(lèi)型的引用，也可以是指向ByteArrayOutputStream等具體輸出流類(lèi)的引用，因此使用多層嵌套的方式，我們可以為ByteArrayOutputStream添加多種裝飾。這個(gè)FilterOutputStream類(lèi)相當(dāng)于Decorator模式中的Decorator類(lèi)，它的write(int b)方法只是簡(jiǎn)單的調(diào)用了傳入的流的write(int b)方法，而沒(méi)有做更多的處理，因此它本質(zhì)上沒(méi)有對(duì)流進(jìn)行裝飾，所以繼承它的子類(lèi)必須覆蓋此方法，以達(dá)到裝飾的目的。
BufferedOutputStream 和 DataOutputStream是FilterOutputStream的兩個(gè)子類(lèi)，它們相當(dāng)于Decorator模式中的ConcreteDecorator，并對(duì)傳入的輸出流做了不同的裝飾。以BufferedOutputStream類(lèi)為例：
以下是代碼片段：
public class BufferedOutputStream extends FilterOutputStream {
...
private void flushBuffer() throws IOException {
if (count 〉 0) {
out.write(buf, 0, count);
count = 0;
}
}
public synchronized void write(int b) throws IOException {
if (count 〉= buf.length) {
flushBuffer();
}
buf[count++] = (byte)b;
}
...
}
這個(gè)類(lèi)提供了一個(gè)緩存機(jī)制，等到緩存的容量達(dá)到一定的字節(jié)數(shù)時(shí)才寫(xiě)入輸出流。首先它繼承了FilterOutputStream，并且覆蓋了父類(lèi)的write(int b)方法，在調(diào)用輸出流寫(xiě)出數(shù)據(jù)前都會(huì)檢查緩存是否已滿(mǎn)，如果未滿(mǎn)，則不寫(xiě)。這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出流對(duì)象動(dòng)態(tài)的添加新功能的目的。
下面，將使用Decorator模式，為IO寫(xiě)一個(gè)新的輸出流。
自己寫(xiě)一個(gè)新的輸出流
了解了OutputStream及其子類(lèi)的結(jié)構(gòu)原理后，我們可以寫(xiě)一個(gè)新的輸出流，來(lái)添加新的功能。這部分中將給出一個(gè)新的輸出流的例子，它將過(guò)濾待輸出語(yǔ)句中的空格符號(hào)。比如需要輸出"java io OutputStream"，則過(guò)濾后的輸出為"javaioOutputStream"。以下為SkipSpaceOutputStream類(lèi)的代碼：
以下是代碼片段：
import java.io.FilterOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
/**
* A new output stream, which will check the space character
* and won’t write it to the output stream.
* @author Magic
*
*/
public class SkipSpaceOutputStream extends FilterOutputStream {
public SkipSpaceOutputStream(OutputStream out) {
super(out);
}
/**
* Rewrite the method in the parent class, and
* skip the space character.
*/
public void write(int b) throws IOException{
if(b!=’ ’){
super.write(b);
}
}
}
它從FilterOutputStream繼承，并且重寫(xiě)了它的write(int b)方法。在write(int b)方法中首先對(duì)輸入字符進(jìn)行了檢查，如果不是空格，則輸出。
以下是一個(gè)測(cè)試程序：
以下是代碼片段：
import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
/**
* Test the SkipSpaceOutputStream.
* @author Magic
*
*/
public class Test {
public static void main(String[] args){
byte[] buffer = new byte[1024];
/**
* Create input stream from the standard input.
*/
InputStream in = new BufferedInputStream(new DataInputStream(System.in));
/**
* write to the standard output.
*/
OutputStream out = new SkipSpaceOutputStream(new DataOutputStream(System.out));
try {
System.out.println("Please input your words: ");
int n = in.read(buffer,0,buffer.length);
for(int i=0;i〈n;i++){
out.write(buffer[i]);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
執(zhí)行以上測(cè)試程序，將要求用戶(hù)在console窗口中輸入信息，程序?qū)⑦^(guò)濾掉信息中的空格，并將最后的結(jié)果輸出到console窗口。比如：
以下是引用片段：
Please input your words:
a b c d e f
abcdef
總 結(jié)
在java.io包中，不僅OutputStream用到了Decorator設(shè)計(jì)模式，InputStream，Reader，Writer等都用到了此模式。而作為一個(gè)靈活的，可擴(kuò)展的類(lèi)庫(kù)，JDK中使用了大量的設(shè)計(jì)模式，比如在Swing包中的MVC模式，RMI中的Proxy模式等等。對(duì)于JDK中模式的研究不僅能加深對(duì)于模式的理解，而且還有利于更透徹的了解類(lèi)庫(kù)的結(jié)構(gòu)和組成。