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Java IO 包中的Decorator模式

时间:2009-04-22 20:53来源:未知 作者:admin 点击:
JDK为程序员提供了大量的类库,而为了保持类库的可重用性,可扩展性和灵活性,其中使用到了大量的设计模式,本文将介绍JDK的I/O包中使用到的Decorator模式,并运用此模式,实现一个新的输出流
  

JDK为程序员提供了大量的类库,而为了保持类库的可重用性,可扩展性和灵活性,其中使用到了大量的设计模式,本文将介绍JDK的I/O包中使用到的Decorator模式,并运用此模式,实现一个新的输出流类。

  Decorator模式简介

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图:



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,其源代码如下:



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,代码如下:



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。



  BufferedOutputStream 和 DataOutputStream是FilterOutputStream的两个子类,它们相当于Decorator模式中的 ConcreteDecorator,并对传入的输出流做了不同的装饰。以BufferedOutputStream类为例:



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;
}
...
}


这个类提供了一个缓存机制,等到缓存的容量达到一定的字节数时才写入输出流。首先它继承了FilterOutputStream,并且覆盖了父类的 write(int b)方法,在调用输出流写出数据前都会检查缓存是否已满,如果未满,则不写。这样就实现了对输出流对象动态的添加新功能的目的。

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。

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小朱 查看详细资料 发送留言 加为好友 用户等级:超级会员 注册时间:2008-11-18 17:11 最后登录:2013-12-24 23:12
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