我想任何一本介紹模式的書在講到Decorator模式的時候不能不提到它的實際應用——在
Java/IO庫里面的應用，<<
Java與模式>>這本書也不例外，有點不一樣的是，這本書在介紹的時候有個專題，是從兩個模式來看Java/IO庫，完這個專題后，個人感覺對Java/IO庫有了全新的認識同時也加深了Decorator模式跟Adapter適配器模式的理解，現(xiàn)和大家分享下這個在我看來很偉大的成果，同時說明下，以下大部分文字跟圖片是來自<<Java與模式>>這本書。
一。引子（概括地介紹Java的ＩＯ）
無論是哪種編程語言，輸入跟輸出都是重要的一部分，Java也不例外，而且Java將輸入／輸出的功能和使用范疇做了很大的擴充。它采用了流的機制來實現(xiàn)輸入／輸出，所謂流，就是數(shù)據(jù)的有序排列，而流可以是從某個源（稱為流源或Source of Stream）出來，到某個目的地（稱為流匯或Sink of Stream）去的。由流的方向，可以分成輸入流和輸出流，一個程序從輸入流讀取數(shù)據(jù)向輸出流寫數(shù)據(jù)。
如，一個程序可以用FileInputStream類從一個磁盤文件讀取數(shù)據(jù)，如下圖所示：
像FileInputStream這樣的處理器叫做流處理器，它就像流的管道一樣，從一個流源吸入某種類型的數(shù)據(jù)，并輸出某種類型的數(shù)據(jù)。上面這種示意圖叫做流的管道圖。
同樣道理，也可以用FileOutputStream類向一個磁盤文件寫數(shù)據(jù)，如下圖所示：
在實際應用這種機制并不沒有太大的用處，程序需要寫出地通常是非常結(jié)構(gòu)化的信息，因此這些byte類型的數(shù)據(jù)實際上是一些數(shù)值，文字，源代碼等。Java的I/O庫提供了一個稱做鏈接（Chaining）的機制，可以將一個流處理器跟另一個流處理器首尾相接，以其中之一的輸出為輸入，形成一個流管道的鏈接。
例如，DataInputStream流處理器可以把FileInputStream流對象的輸出當作輸入，將Byte類型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Java的原始類型和String類型的數(shù)據(jù)。如下圖所示：
類似地，向一個文件寫入Byte類型的數(shù)據(jù)不是一個簡單的過程。一個程序需要向一個文件里寫入的數(shù)據(jù)往往都是結(jié)構(gòu)化的，而Byte類型則是原始類型。因此在寫的時候必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換。DataOutputStream流處理器提供了接收了原始數(shù)據(jù)類型和String數(shù)據(jù)類型，而這個流處理器的輸出數(shù)據(jù)則是Byte類型。也就是說DataOutputStream可以將源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Byte類型的數(shù)據(jù)，再輸出來。
這樣一來，就可以將DataOutputStream與FileOutputStream鏈接起來，這樣程序就可以將原始數(shù)據(jù)類型和String類型的源數(shù)據(jù)寫入這個鏈接好的雙重管道里面，達到將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)寫到磁盤文件里面的目的，如下圖所示：
這又是鏈接的所發(fā)揮的大作用。
流處理器所處理的流必定都有流源，而如果將流類所處理的流源分類的話，基本可以分成兩大類：
第一 數(shù)組，String，F(xiàn)ile等，這一種叫原始流源。
第二 同樣類型的流用做鏈接流類的流源，叫鏈接流源。
二 Java I/O庫的設(shè)計原則
Java語言的I/O庫是對各種常見的流源，流匯以及處理過程的抽象化。客戶端的Java程序不必知道最終的流源，流匯是磁盤上的文件還是數(shù)組等；也不必關(guān)心數(shù)據(jù)是否經(jīng)過緩沖的，可否按照行號讀取等處理的細節(jié)。
書中提到了，對于第一次見到Java/IO庫的人，無不因為這個庫的龐雜而感到困惑；而對于熟悉這個庫的人，而又常常為這個庫的設(shè)計是否得當而爭論不體。書的作者提出自己的意見，要理解Java I/O這個龐大而復雜的庫，關(guān)鍵是要掌握兩個對稱性跟兩個設(shè)計模式模式。
Java I/O庫具有兩個對稱性，它們分別是：
１ 輸入－輸出對稱性，比如InputStream和OutputStream各自占據(jù)Byte流的輸入與輸出的兩個平行的等級結(jié)構(gòu)的根部。而Reader和Writer各自占據(jù)Char流的輸入與輸出的兩個平行的等級結(jié)構(gòu)的根部。
２ byte-char對稱，InputStream和Reader的子類分別負責Byte和Char流的輸入；OutputStream和Writer的子類分別負責Byte和Char流的輸出，它們分別形成平行的等級結(jié)構(gòu)。
Java I/O庫的兩個設(shè)計模式：
Java的I/O庫總體設(shè)計是符合裝飾者模式（Decorator）跟適配器模式（Adapter）的。如前所述，這個庫中處理流的類叫做流類。引子里所談到的FileInputStream，F(xiàn)ileOutputStream，DataInputStream及DataOutputStream都是流處理器的例子。
１ 裝飾者模式：在由InputStream，OutputStream，Reader和Writer代表的等級結(jié)構(gòu)內(nèi)部，有一些流處理器可以對另一些流處理器起到裝飾作用，形成新的，具有改善了的功能的流處理器。裝飾者模式是Java I/O庫的整體設(shè)計模式。這樣的一個原則是符合裝飾者模式的，如下圖所示：
２ 適配器模式：在由InputStream，OutputStream，Reader和Writer代表的等級結(jié)構(gòu)內(nèi)部，有一些流處理器是對其它類型的流源的適配。這就是適配器模式的應用，如下圖所示。
適配器模式應用到了原始流處理器的設(shè)計上面，構(gòu)成了I/O庫所有流處理器的起點。
JDK為程序員提供了大量的類庫，而為了保持類庫的可重用性，可擴展性和靈活性，其中使用到了大量的設(shè)計模式，本文將介紹JDK的I/O包中使用到的Decorator模式，并運用此模式，實現(xiàn)一個新的輸出流類。
Decorator模式簡介
Decorator模式又名包裝器（Wrapper），它的主要用途在于給一個對象動態(tài)的添加一些額外的職責。與生成子類相比，它更具有靈活性。
有時候，我們需要為一個對象而不是整個類添加一些新的功能，比如，給一個文本區(qū)添加一個滾動條的功能。我們可以使用繼承機制來實現(xiàn)這一功能，但是這種方法不夠靈活，我們無法控制文本區(qū)加滾動條的方式和時機。而且當文本區(qū)需要添加更多的功能時，比如邊框等，需要創(chuàng)建新的類，而當需要組合使用這些功能時無疑將會引起類的爆炸。
我們可以使用一種更為靈活的方法，就是把文本區(qū)嵌入到滾動條中。而這個滾動條的類就相當于對文本區(qū)的一個裝飾。這個裝飾（滾動條）必須與被裝飾的組件（文本區(qū)）繼承自同一個接口，這樣，用戶就不必關(guān)心裝飾的實現(xiàn)，因為這對他們來說是透明的。裝飾會將用戶的請求轉(zhuǎn)發(fā)給相應的組件（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作（如添加滾動條）。通過這種方法，我們可以根據(jù)組合對文本區(qū)嵌套不同的裝飾，從而添加任意多的功能。這種動態(tài)的對對象添加功能的方法不會引起類的爆炸，也具有了更多的靈活性。
以上的方法就是Decorator模式，它通過給對象添加裝飾來動態(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，它定義了子類必須實現(xiàn)的方法。
ConcreteComponent是一個具體的組件類，可以通過給它添加裝飾來增加新的功能。
Decorator是所有裝飾的公共父類，它定義了所有裝飾必須實現(xiàn)的方法，同時，它還保存了一個對于Component的引用，以便將用戶的請求轉(zhuǎn)發(fā)給Component，并可能在轉(zhuǎn)發(fā)請求前后執(zhí)行一些附加的動作。
ConcreteDecoratorA和ConcreteDecoratorB是具體的裝飾，可以使用它們來裝飾具體的Component.
JAVA IO包中的Decorator模式
JDK提供的java.io包中使用了Decorator模式來實現(xiàn)對各種輸入輸出流的封裝。以下將以java.io.OutputStream及其子類為例，討論一下Decorator模式在IO中的使用。
首先來看一段用來創(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（）；
}
這段代碼對于使用過JAVA輸入輸出流的人來說再熟悉不過了，我們使用DataOutputStream封裝了一個FileOutputStream.這是一個典型的Decorator模式的使用，F(xiàn)ileOutputStream相當于Component，DataOutputStream就是一個Decorator.將代碼改成如下，將會更容易理解：
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OutputStream，因此對對象的裝飾對于用戶來說幾乎是透明的。下面就來看看OutputStream及其子類是如何構(gòu)成Decorator模式的：
OutputStream是一個抽象類，它是所有輸出流的公共父類，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。這相當于Decorator模式中的Component類。
ByteArrayOutputStream，F(xiàn)ileOutputStream 和 PipedOutputStream 三個類都直接從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；
}
……
}
它實現(xiàn)了OutputStream中的write（int b）方法，因此我們可以用來創(chuàng)建輸出流的對象，并完成特定格式的輸出。它相當于Decorator模式中的ConcreteComponent類。
接著來看一下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OutputStream的引用給它，并且它將保存對此對象的引用。而如果沒有具體的OutputStream對象存在，我們將無法創(chuàng)建FilterOutputStream.由于out既可以是指向FilterOutputStream類型的引用，也可以是指向ByteArrayOutputStream等具體輸出流類的引用，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FilterOutputStream類相當于Decorator模式中的Decorator類，它的write（int b）方法只是簡單的調(diào)用了傳入的流的write（int b）方法，而沒有做更多的處理，因此它本質(zhì)上沒有對流進行裝飾，所以繼承它的子類必須覆蓋此方法，以達到裝飾的目的。
BufferedOutputStream 和 DataOutputStream是FilterOutputStream的兩個子類，它們相當于Decorator模式中的ConcreteDecorator，并對傳入的輸出流做了不同的裝飾。以BufferedOutputStream類為例：
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；
}
……
}
這個類提供了一個緩存機制，等到緩存的容量達到一定的字節(jié)數(shù)時才寫入輸出流。首先它繼承了FilterOutputStream，并且覆蓋了父類的write（int b）方法，在調(diào)用輸出流寫出數(shù)據(jù)前都會檢查緩存是否已滿，如果未滿，則不寫。這樣就實現(xiàn)了對輸出流對象動態(tài)的添加新功能的目的。
下面，將使用Decorator模式，為IO寫一個新的輸出流。
自己寫一個新的輸出流
了解了OutputStream及其子類的結(jié)構(gòu)原理后，我們可以寫一個新的輸出流，來添加新的功能。這部分中將給出一個新的輸出流的例子，它將過濾待輸出語句中的空格符號。比如需要輸出"java io OutputStream"，則過濾后的輸出為"javaioOutputStream".以下為SkipSpaceOutputStream類的代碼：
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，并且重寫了它的write（int b）方法。在write（int b）方法中首先對輸入字符進行了檢查，如果不是空格，則輸出。
以下是一個測試程序：
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)行以上測試程序，將要求用戶在console窗口中輸入信息，程序?qū)⑦^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)計模式，InputStream，Reader，Writer等都用到了此模式。而作為一個靈活的，可擴展的類庫，JDK中使用了大量的設(shè)計模式，比如在Swing包中的MVC模式，RMI中的Proxy模式等等。對于JDK中模式的研究不僅能加深對于模式的理解，而且還有利于更透徹的了解類庫的結(jié)構(gòu)和組成。