设计模式中巧记I/O

一、I/O

1. I/O操作中的设计模式

1. 概要

• 以设计模式角度，自顶向下理解I/O源码结构
• 理解字节与字符的关系

1.1 装饰者模式(输入流为例)

1. 背景：通过继承扩展对象耦合度高，使用装饰者扩展可以在不改变现有结构的情况下，动态地给对象增加额外功能，耦合度底且灵活，一个具体对象可以有多个装饰者
2. 字节流
   

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• 抽象构件 :第二行，InputStream接口，定义字节流的基本操作
• 抽象装饰者 :第三行，与抽象构建接口是组合关系，动态的传入具体构件。第四行通过扩展抽象构件子类，为具体构件添加新的功能
• 具体构件 :第一行，实现抽象构件 操作，具体装饰者 为每一个具体的构件添加新的职责
• 具体装饰者 :第四行，有新职责的具体构建

3. 装饰者模式为字节流带来的增强

• 1. 使用InputStream 时，是以一个字节一个字节形式读或写，而BufferedInputStream 与BufferedOutputStream 为字节流提供了缓冲区，读数据时一次性读取一块数据放到缓冲区中，当缓存区读取完后，输入流会再次填充缓冲区，直到输入流被读取完，缓冲区可以减少IO操作。
• 2. DataInputStream ，从字节流中灵活的读取并重建Java的基本类型与String类型数据

1.2 适配器模式(输入流为例)

1. 背景：需要开发的业务功能在组件库中已经存在，但与新的接口规范不兼容，重新开发成本太高，所以使用适配器模式能解决这些问题

• 已有字符流读写接口Reader 与Writer ，新的需求是字节流访问数据源，然后由字符流处理

2. 为什么使用自符流

• 1. 根本原因：内存中数据操作是以字节为单位(给机器看的)；一般持久化到磁盘不同的编码对应不同的字符(给人类看的)，也可以以字节形式持久化到硬盘，供软件与硬件阅读。
• 2. 字节流操作单元为字节(8byte)。InputStream中的read()方法，是以一个字节为单位读取，读到末尾返回-1 、它的重载方法read(byte[])内部是通过for循环调用read() 实现一次读入一个字节数组 ，按字节的read()方法的会有频繁IO操作，普通IO模型也会阻塞线程，直到返回一个字节数据或-1，效率太低
• 3. 字符流操作单元为Unicode码点(16byte)，使用缓存读写。将数据持久化到磁盘 ，使用字节写入会乱码，因为不同语言(汉语、英语等)都有自己对应的编码表，例如英文一个字母可以用一个字节表示，但汉语需要用两个字节，甚至一些特殊符号需要更多字节(Unicode的辅助字符)，一个字节一个字节写入很大可能会乱码。所以字符符流会先根据对应的码表将内容写入缓冲区，缓冲区满了持久化到磁盘。使用字符流有两个好处
  • 1. 利用缓存读写，避免内存与操作系统频繁IO操作，提高效率
  • 2. 写入时指定编码表可以有效避免乱码问题

3. 适配器模式中字符流与字节流
   

4. 字符流

• Reader
  

• Writer
  

-PS:个人笔记，望读者勘误。本文只例举了字节输入流与字符输入流两种，若读者理解了可以结合源码看输出流中设计模式