从Decorator，Adapter模式看Java/IO库（一）

我想任何一本介绍模式的书在讲到Decorator模式的时候不能不提到它的实际应用－－在Java/IO库里面的应用，<<Java 与模式>>这本书也不例外，有点不一样的是，这本书在介绍的时候有个专题，是从两个模式来看Java/IO库，完这个专题后，个人感觉对 Java/IO库有了全新的认识同时也加深了Decorator模式跟Adapter适配器模式的理解，现和大家分享下这个在我看来很伟大的成果，同时说明下，以下大部分文字跟图片是来自<<Java与模式>>这本书。

　一.引子（概括地介绍Java的ＩＯ）

　无论是哪种编程语言，输入跟输出都是重要的一部分，Java也不例外，而且Java将输入／输出的功能和使用范畴做了很大的扩充。它采用了流的机制来实现输入／输出，所谓流，就是数据的有序排列，而流可以是从某个源（称为流源或Source of Stream）出来，到某个目的地（称为流汇或Sink of Stream）去的。由流的方向，可以分成输入流和输出流，一个程序从输入流读取数据向输出流写数据。

　如，一个程序可以用FileInputStream类从一个磁盘文件读取数据，如下图所示：

　

　像FileInputStream这样的处理器叫做流处理器，它就像流的管道一样，从一个流源吸入某种类型的数据，并输出某种类型的数据。上面这种示意图叫做流的管道图。

　同样道理，也可以用FileOutputStream类向一个磁盘文件写数据，如下图所示：

　　

　在实际应用这种机制并不没有太大的用处，程序需要写出地通常是非常结构化的信息，因此这些byte类型的数据实际上是一些数值，文字，源代码等。 Java的I/O库提供了一个称做链接（Chaining）的机制，可以将一个流处理器跟另一个流处理器首尾相接，以其中之一的输出为输入，形成一个流管道的链接。

　例如，DataInputStream流处理器可以把FileInputStream流对象的输出当作输入，将Byte类型的数据转换成Java的原始类型和String类型的数据。如下图所示：

 

类似地，向一个文件写入Byte类型的数据不是一个简单的过程。一个程序需要向一个文件里写入的数据往往都是结构化的，而Byte类型则是原始类型。因此在写的时候必须经过转换。DataOutputStream流处理器提供了接收了原始数据类型和String数据类型，而这个流处理器的输出数据则是Byte类型。也就是说DataOutputStream可以将源数据转换成Byte类型的数据，再输出来。

　这样一来，就可以将DataOutputStream与FileOutputStream链接起来，这样程序就可以将原始数据类型和String类型的源数据写入这个链接好的双重管道里面，达到将结构化数据写到磁盘文件里面的目的，如下图所示：

　

　这又是链接的所发挥的大作用。

　流处理器所处理的流必定都有流源，而如果将流类所处理的流源分类的话，基本可以分成两大类：

　第一　数组，String，File等，这一种叫原始流源。

　第二　同样类型的流用做链接流类的流源，叫链接流源。

　二　Java I/O库的设计原则

　Java语言的I/O库是对各种常见的流源，流汇以及处理过程的抽象化。客户端的Java程序不必知道最终的流源，流汇是磁盘上的文件还是数组等；也不必关心数据是否经过缓冲的，可否按照行号读取等处理的细节。

　书中提到了，对于第一次见到Java/IO库的人，无不因为这个库的庞杂而感到困惑；而对于熟悉这个库的人，而又常常为这个库的设计是否得当而争论不体。书的作者提出自己的意见，要理解Java I/O这个庞大而复杂的库，关键是要掌握两个对称性跟两个设计模式模式。

Java I/O库具有两个对称性，它们分别是：

　１　输入－输出对称性，比如InputStream和OutputStream各自占据Byte流的输入与输出的两个平行的等级结构的根部。而Reader和Writer各自占据Char流的输入与输出的两个平行的等级结构的根部。

　２　byte-char对称，InputStream和Reader的子类分别负责Byte和Char流的输入；OutputStream和Writer的子类分别负责Byte和Char流的输出，它们分别形成平行的等级结构。

Java I/O库的两个设计模式：

  Java的I/O库总体设计是符合装饰者模式（Decorator）跟适配器模式（Adapter）的。如前所述，这个库中处理流的类叫做流类。引子里所谈到的FileInputStream，FileOutputStream，DataInputStream及DataOutputStream都是流处理器的例子。

　１　装饰者模式：在由InputStream，OutputStream,Reader和Writer代表的等级结构内部，有一些流处理器可以对另一些流处理器起到装饰作用，形成新的，具有改善了的功能的流处理器。装饰者模式是Java I/O库的整体设计模式。这样的一个原则是符合装饰者模式的，如下图所示：

２　适配器模式：在由InputStream，OutputStream,Reader和Writer代表的等级结构内部，有一些流处理器是对其它类型的流源的适配。这就是适配器模式的应用，如下图所示。

　　

　适配器模式应用到了原始流处理器的设计上面，构成了I/O库所有流处理器的起点。

　今天晚上先到这了，明天再接着细看两种设计模式具体是怎样在I/O库中被应用的。