流概述
Java中,流是一種有序的字節序列,可以有任意的長度。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如下所示:
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,如果你需要向一個輸出流寫入數據,可以調用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。如果想要批量寫入數據呢,那麼可以調用void write(byte[] b)
方法將一個字節數組的內容全部寫入流中,同時還有void write(byte[] b, int off, int len)
可以讓你指定從哪裏寫入多少數據。
如果你希望你向流中寫入的數據能夠儘快地輸送到目的地,比如說文件,那麼可以在寫入數據後,調用flush()
方法將當前輸出流刷到操作系統層面的緩衝區中。不過需要注意的是,此方法並不保證數據立馬就能刷到實際的物理目的地(比如說存儲)。
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,可以通過int read()
方法來從流中讀取一個字節,批量讀取字節可以通過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。如果需要重複讀取流中某段數據,可以在讀取之前先使用void mark(int readlimit)
方法在當前位置做一個記號,之後通過void reset()
方法返回到之前做標記的位置,不過在做這些標記操作之前,需要先通過boolean markSupported()
方法來確定該流是否支持標記。如果對某些可預知的數據不感興趣,可以使用long skip(long n)
來調過一些流中的一些數據。
使用完流,無論是輸入還是輸出流,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)允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,它是作爲現有的類的一個包裝。
這種設計模式創建了一個裝飾類,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,通過InputStream的族譜圖可以看到,直接繼承了InputStream,並且提供某一特定功能的子類有:
ByteArrayInputStream
FileInputStream
ObjectInputStream
PipedInputStream
SequenceInputStream
StringBufferInputStream
這些子類都具有特定的功能,比如說,FileInputStream代表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非常不同,這個子類就是FilterInputStream,可參見上圖中的InputStream族譜圖。
翻開FilterInputStream的代碼,我們可以看到,它內部又維護了一個InputStream的成員對象,並且它的所有方法,都是調用這個成員對象的同名方法。
換句話說,FilterInputStream它什麼事都不做。就是把調用委託給內部的InputStream成員對象。如下所示:
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並沒有做什麼有卵用的事,但是它的子類可不同了,以BufferedInputStream爲例,這個類提供了提前讀取數據的功能,也就是緩衝的功能。可以看看它的read方法:
public synchronized int read() throws IOException { if (pos >= count) { fill(); if (pos >= count) return -1; } return getBufIfOpen()[pos++] & 0xff; }
可以看到,當pos>=count時,意即需要提前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。由於本文只討論io流的裝飾器模式,所以關於具體實現細節將不會展開討論,比如本文不會討論fill()方法是如何實現的,在這裏可以先將它當做一個黑盒子。
從這裏可以開始感受到,BufferedInputStream就是一個裝飾者,它能爲一個原本沒有緩衝功能的InputStream添加上緩衝的功能。
比如我們常用的FileInputStream,它並沒有緩衝功能,我們每次調用read,都會向操作系統發起調用索要數據。假如我們通過BufferedInputStream來裝飾它,那麼每次調用read,會預先向操作系統多拿一些數據,這樣就不知不覺中提高了程序的性能。如以下代碼所示:
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(new File("/home/user/abc.txt")));
同理,對於其它的FilterInputStream的子類,其作用也是一樣的,那就是裝飾一個InputStream,爲它添加它原本不具有的功能。OutputStream以及家屬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,如果細心發現,JDK中還有許多其它設計模式的體現,比如說監聽者模式等等。