一、装饰器模式概述
装饰器模式（Decorator Pattern）是一种结构型设计模式，它允许向一个现有的对象添加新的功能，同时又不改变其结构。这种模式创建了一个装饰类，用来包装原有的类，并在保持类方法签名完整性的前提下，提供了额外的功能。
在Java的I/O系统中，装饰器模式被广泛应用。Java I/O库中的类被设计成使用装饰器模式来动态地给输入/输出流添加功能。这样的设计使得用户可以灵活地组合各种功能，而不需要创建大量的子类来实现不同功能的组合。
二、Java I/O中的装饰器模式示例
- **基本的字节流示例**
-
首先，我们有一个基本的字节输入流`FileInputStream`，它用于从文件中读取字节数据。
-
假设我们有一个名为`test.txt`的文件，我们可以使用`FileInputStream`来读取它的内容。
```java
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
public class BasicByteStream {
public static void main(String[] args) {
try {
FileInputStream fis = new FileInputStream("test.txt");
int data;
while ((data = fis.read())!= -1) {
System.out.print((char) data);
}
fis.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
```
- 但是，如果我们想要给这个字节流添加缓冲功能，以提高读取效率，我们就可以使用`BufferedInputStream`装饰器。
```java
import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
public class BufferedByteStream {
public static void main(String[] args) {
try {
FileInputStream fis = new FileInputStream("test.txt");
BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);
int data;
while ((data = bis.read())!= -1) {
System.out.print((char) data);
}
bis.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
```
- 在这个例子中，`BufferedInputStream`是`FileInputStream`的装饰器。它包装了`FileInputStream`，并在其基础上添加了缓冲功能。`BufferedInputStream`内部维护了一个缓冲区，减少了从底层数据源（文件）读取数据的次数，从而提高了读取效率。
- **字符流示例**
- 对于字符流，我们有`FileReader`用于读取字符文件。如果我们想要给它添加缓冲功能，可以使用`BufferedReader`装饰器。
```java
import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
public class CharacterStreamExample {
public static void main(String[] args) {
try {
FileReader fr = new FileReader("test.txt");
BufferedReader br = new BufferedReader(fr);
String line;
while ((line = br.readLine())!= null) {
System.out.println(line);
}
br.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
```
- 这里，`BufferedReader`装饰了`FileReader`。`BufferedReader`提供了`readLine`方法，可以方便地按行读取字符文件内容，这是在`FileReader`基本读取功能基础上添加的新功能。
- **添加其他功能的示例**
-
假设我们想要在读取文件内容的同时对内容进行加密。我们可以创建一个自定义的装饰器类。
-
首先，我们有一个基本的`InputStream`，这里以`FileInputStream`为例。
-
然后创建一个加密装饰器类`EncryptInputStream`（这里只是简单示例加密概念，实际加密会更复杂）。
```java
import java.io.FilterInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
public class EncryptInputStream extends FilterInputStream {
public EncryptInputStream(InputStream in) {
super(in);
}
@Override
public int read() throws IOException {
int data = super.read();
if (data!= -1) {
// 简单的加密示例，将字节值加1
data++;
}
return data;
}
}
```
- 我们可以这样使用这个装饰器：
```java
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
public class EncryptStreamExample {
public static void main(String[] args) {
try {
FileInputStream fis = new FileInputStream("test.txt");
EncryptInputStream eis = new EncryptInputStream(fis);
int data;
while ((data = eis.read())!= -1) {
System.out.print((char) data);
}
eis.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
```
三、总结
Java I/O系统中的装饰器模式提供了一种灵活的方式来组合不同的输入/输出功能。通过使用装饰器模式，我们可以在不修改原始流类的情况下，动态地给流添加诸如缓冲、加密、压缩等功能。这种模式使得Java I/O库具有很强的扩展性和可维护性，用户可以根据自己的需求自由组合各种功能的流。