JAVAIO设计模式彻底分析

　　Decorator模式又名包装器（Wrapper），它的主要用途在于给一个对象动态的添加一些额外的职责。与生成子类相比，它更具有灵活性。

　　有时候，我们需要为一个对象而不是整个类添加一些新的功能，比如，给一个文本区添加一个滚动条的功能。我们可以使用继承机制来实现这一功能，但是这种方法不够灵活，我们无法控制文本区加滚动条的方式和时机。而且当文本区需要添加更多的功能时，比如边框等，需要创建新的类，而当需要组合使用这些功能时无疑将会引起类的爆炸。

　　我们可以使用一种更为灵活的方法，就是把文本区嵌入到滚动条中。而这个滚动条的类就相当于对文本区的一个装饰。这个装饰（滚动条）必须与被装饰的组件（文本区）继承自同一个接口，这样，用户就不必关心装饰的实现，因为这对他们来说是透明的。装饰会将用户的请求转发给相应的组件（即调用相关的方法），并可能在转发的前后做一些额外的动作（如添加滚动条）。通过这种方法，我们可以根据组合对文本区嵌套不同的装饰，从而添加任意多的功能。这种动态的对对象添加功能的方法不会引起类的爆炸，也具有了更多的灵活性。

　　以上的方法就是Decorator模式，它通过给对象添加装饰来动态的添加新的功能。如下是Decorator模式的UML

　　Component为组件和装饰的公共父类，它定义了子类必须实现的方法。

　　ConcreteComponent是一个具体的组件类，可以通过给它添加装饰来增加新的功能。

　　Decorator是所有装饰的公共父类，它定义了所有装饰必须实现的方法，同时，它还保存了一个对于Component的引用，以便将用户的请求转发给Component，并可能在转发请求前后执行一些附加的动作。

　　ConcreteDecoratorA和ConcreteDecoratorB是具体的装饰，可以使用它们来装饰具体的Component.

　　JAVA IO包中的Decorator模式

　　JDK提供的java.io包中使用了Decorator模式来实现对各种输入输出流的封装。以下将以java.io.OutputStream及其子类为例，讨论一下Decorator模式在IO中的使用。

　　首先来看一段用来创建IO流的代码

　　以下是代码片段

　　try {

　　OutputStream out = new DataOutputStream（new FileOutputStream（"test.txt"））；

　　} catch （FileNotFoundException e） {

　　e.printStackTrace（）；

　　}

　　这段代码对于使用过JAVA输入输出流的人来说再熟悉不过了，我们使用DataOutputStream封装了一个FileOutputStream.这是一个典型的Decorator模式的使用，FileOutputStream相当于Component，DataOutputStream就是一个Decorator.将代码改成如下，将会更容易理解

　　以下是代码片段

　　try {

　　OutputStream out = new FileOutputStream（"test.txt"）；

　　out = new DataOutputStream（out）；

　　} catch（FileNotFoundException e） {

　　e.printStatckTrace（）；

　　}

　　由于FileOutputStream和DataOutputStream有公共的父类OutputStream，因此对对象的装饰对于用户来说几乎是透明的。下面就来看看OutputStream及其子类是如何构成Decorator模式的

　　OutputStream是一个抽象类，它是所有输出流的公共父类，其源代码

　　以下是代码片段

　　public abstract class OutputStream implements Closeable， Flushable {

　　public abstract void write（int b） throws IOException；

　　……

　　}

　　它定义了write（int b）的抽象方法。这相当于Decorator模式中的Component类。

　　ByteArrayOutputStream，FileOutputStream 和 PipedOutputStream 三个类都直接从OutputStream继承，以ByteArrayOutputStream为例

　　以下是代码片段

　　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；

　　}

　　……

　　}

　　它实现了OutputStream中的write（int b）方法，因此我们可以用来创建输出流的对象，并完成特定格式的输出。它相当于Decorator模式中的ConcreteComponent类。

　　接着来看一下FilterOutputStream，代码

　　以下是代码片段

　　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）；

　　}

　　……

　　}

　　同样，它也是从OutputStream继承。但是，它的构造函数很特别，需要传递一个OutputStream的引用给它，并且它将保存对此对象的引用。而如果没有具体的OutputStream对象存在，我们将无法创建FilterOutputStream.由于out既可以是指向FilterOutputStream类型的引用，也可以是指向ByteArrayOutputStream等具体输出流类的引用，因此使用多层嵌套的方式，我们可以为ByteArrayOutputStream添加多种装饰。这个FilterOutputStream类相当于Decorator模式中的Decorator类，它的write（int b）方法只是简单的调用了传入的流的write（int b）方法，而没有做更多的处理，因此它本质上没有对流进行装饰，所以继承它的子类必须覆盖此方法，以达到装饰的目的。||| 

　　以下是代码片段

　　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；

　　}

　　……

　　}||| 

　　下面，将使用Decorator模式，为IO写一个新的输出流。

　　自己写一个新的输出流

　　了解了OutputStream及其子类的结构原理后，我们可以写一个新的输出流，来添加新的功能。这部分中将给出一个新的输出流的例子，它将过滤待输出语句中的空格符号。比如需要输出"java io OutputStream"，则过滤后的输出为"javaioOutputStream".以下为SkipSpaceOutputStream类的代码

　　以下是代码片段

　　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）；

　　}

　　}

　　}

　　它从FilterOutputStream继承，并且重写了它的write（int b）方法。在write（int b）方法中首先对输入字符进行了检查，如果不是空格，则输出。

　　以下是一个测试程序

　　以下是代码片段

　　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（）；

　　}

　　}

　　}

　　执行以上测试程序，将要求用户在console窗口中输入信息，程序将过滤掉信息中的空格，并将最后的结果输出到console窗口。比如

　　以下是引用片段

　　Please input your words

　　a b c d e f

　　abcdef

　　总   结

　　在java.io包中，不仅OutputStream用到了Decorator设计模式，InputStream，Reader，Writer等都用到了此模式。而作为一个灵活的，可扩展的类库，JDK中使用了大量的设计模式，比如在Swing包中的MVC模式，RMI中的Proxy模式等等。对于JDK中模式的研究不仅能加深对于模式的理解，而且还有利于更透彻的了解类库的结构和组成。