装饰器模式
Java IO类的”奇怪“用法
Java IO类库非常庞大和复杂，有十几个类，负责IO数据的读取和写入。对Java IO类做一下分类，可以从下面两个维度将它划分为四类。具体如下：
decorator.png
针对不同的读取和写入场景，Java IO又在这四个父类基础之上，扩展出了很多子类。
Java初学者，很容易对Java IO的一些用法产生很大疑惑，比如下面这样一段代码。打开文件test.text，从中读取数据。其中，InputStream是一个抽象类，FileInputStream是专门用来读取文件流的子类。BufferedInputStream是一个支持带缓存功能的数据读取类，可以提高数据读取的效率。
InputStream in = new FileInputStream("/user/test.txt");
InputStream bin = new BufferedInputStream(in);
byte[] data = new byte[128];
while (bin.read(data) != -1) {
//...
}
初看上面的代码，会觉得Java IO的用法比较麻烦，需要先创建一个FileInputStream对象，然后再传递给BufferedInputStream对象来使用。Java IO为什么不设计一个继承FileInputStream并且支持缓存的BufferedFileInputStream 类呢？这样就可以像下面的代码中这样，直接创建一个BufferedFileInputStream类对象，打开文件读取数据，用起来岂不是更加简单？
InputStream bin = new BufferedFileInputStream("/user/test.txt");
byte[] data = new byte[128];
while (bin.read(data) != -1) {
//...
}
基于继承的设计方案
如果InputStream只有一个子类FileInputStream 的话，在 FileInputStream 基础之上，再设计一个孙子类BufferedFileInputStream, 也是可以接受的，毕竟继承结构还算简单。但实际上，继承InputStream 的子类有很多。需要给每一个InputStream 的子类，再继续派生支持缓存读取的子类。
除了支持缓存读取之外，如果还要对功能进行其他方面的增强，比如下面的DataInputStream 类，支持按照基本数据类型来读取数据。
FileInputStream in = new FileInputStream("/user/test.txt");
DataInputStream din = new DataInputStream(in);
int data = din.readInt();
在这种情况下，继续按照继承的方式来实现的话，就需要再继续派生出 DataFileInputStream、DataPipedInputStream 等类。如果还需要既支持缓存、又支持按照基本类型读取数据的类，那就要再派生出BufferDataFileInputStream、BufferDataPipedInputStream等n多类。这还只是附加了两个增强功能，如果需要附加更多的增强功能，那就会导致组合爆炸，类继承结构变得无比复杂，代码既不好扩展，也不好维护。
基于装饰器模式的设计方案
针对刚刚的继承结构过于复杂的问题，可以通过将继承关系改为组合关系来解读。
public abstract class InputStream {
//...
public int read(byte b[]) throws IOException {
return read(b, 0, b.length);
}
public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {
//...
}
public long skip(long n) throws IOException {
//...
}
}
public class BufferedInputStream extends InputStream {
protected volatile InputStream in;
protected BufferedInputStream(InputStream in) {
this.in = in;
}
//...实现基于缓存的读数据接口...
}
public class DataInputStream extends InputStream {
protected volatile InputStream in;
protected DataInputStream(InputStream in) {
this.in = in;
}
//...实现读取基本类型数据的接口
}
从Java IO的设计来看，装饰器模式相对于简单的组合关系，还有两个比较特殊的地方。
第一个比较特殊的地方是：装饰器类和原始类继承同样的父类，这样可以对原始类”嵌套“多个装饰器类。比如，对FileInputStream嵌套了两个装饰器类：BufferedInputStream和DataInputStream，让它既支持缓存读取，又支持按照基本数据类型来读取数据。
InputStream in = new FileInputStream("/user/wangzheng/test.txt");
InputStream bin = new BufferedInputStream(in);
DataInputStream din = new DataInputStream(bin);
int data = din.readInt();
第二个比较特殊的地方是：装饰器类是对功能的增强，这也是装饰器模式应用场景的一个重要特点。代理模式中，代理类附加的是跟原始类无关的功能，而在装饰器模式中，装饰器类附加的是跟原始类相关的增强功能。
@protocol DMADelegate <NSObject>
- (void)function;
@end
@interface DMA : NSObject <DMADelegate>
@end
@implementation DMA
- (void)function
{
}
@end
@interface DMAProxy : NSObject <DMADelegate>
- (instancetype)initWithA:(DMA *)a;
@end
@interface DMAProxy ()
@property (nonatomic, strong) DMA *a;
@end
@implementation DMAProxy
- (instancetype)initWithA:(DMA *)a
{
if (self = [super init]) {
self.a = a;
}
return self;
}
- (void)function
{
// 新添加的代理逻辑
[self.a function];
// 新添加的代理逻辑
}
@end
@interface DMADecorator : NSObject <DMADelegate>
- (instancetype)initWithA:(DMA *)a;
@end
@interface DMADecorator ()
@property (nonatomic, strong) DMA *a;
@end
@implementation DMADecorator
- (instancetype)initWithA:(DMA *)a
{
if (self = [super init]) {
self.a = a;
}
return self;
}
- (void)function
{
// 增强功能
[self.a function];
// 增强功能
}
@end
查看JDK的源码，会发现BufferedInputStream、DataInputStream并非继承自InputStream，而是另外一个叫FilterInputStream的类。这又是出于什么样的设计意图，才引入这样的一个类呢？
再重新来看一下BufferedInputStream类的代码。InputStream是一个抽象类而非接口，而且它的大部分函数都有默认实现，按理来说，只需要在BufferedInputStream类中重新实现那些需要增加缓存功能的函数就可以了，其他函数继承InputStream的默认实现。但实际上，这样做是行不通的。
对于即便是不需要增加缓存功能的函数来说，BufferedInputStream还是必须把它重新实现一遍，简单包裹对InputStream对象的函数调用。如果不重新实现，那BufferedInputStream类就无法将最终读取数据的任务，委托给传递进来的InputStream对象来完成，代码如下：
public class BufferedInputStream extends InputStream {
protected volatile InputStream in;
protected BufferedInputStream(InputStream in) {
this.in = in;
}
// f()函数不需要增强，只是重新调用一下InputStream in对象的f()
public void f() {
in.f();
}
}
实际上DataInputStream也存在跟BufferedInputStream同样的问题。为了避免代码重复，Java IO抽象出来一个装饰器父类FilterInputStream，InputStream的装饰器类BufferedInputStream、DataInputStream都继承自这个装饰器父类。这样，装饰器类只需要实现它需要增强的方法就可以了，其他方法继承装饰器父类的默认实现，代码示例如下：
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);
}
// 省略
...
}
网友评论