装饰者模式在Java 字节输入流中的应用

参考文献：
1. Head First 设计模式
2. jdk源码

在 Head First 设计模式中，装饰者模式的框架图如下

查看Java 源码，其中的字节输入流主要类关系如下

将Java的字节输入流类图与装饰者模式的框架图比对，可以知道ByteArrayInputStream、FileInputStream、ObjectInputStream、
StringBufferInputStream、SequenceInputStream、PipedInputStream为具体的组件类，对应ConcreteComponent，其均继承抽象类InputStream,对应Component，因此也都需要实现抽象方法read()。而FilterInputStream则对应Decorator，JDK源码中使用抽象类来实现FilterInputStream，可以看到类FilterInputStream中有一个类型为InputStream的成员变量in，由于InputStream为抽象类，无法直接实例化。因此成员变量in实际上是指向了抽象类InputStream的子类的，也就是需要被装饰的具体组件类。在装饰者类中，其主要还是需要具体组件类（即被装饰者类）来实现核心功能的，比如read()方法，而装饰者类提供的功能则是在具体组件类的基础上做更方便的处理。这也印证了书中：装饰者可以在被装饰者的行为前面与/或后面加上自己额行为，甚至将被装饰者的行为整个取代掉，而达到特定的目的。
我们以FileInputStream和BufferedInputStream为例来分析一下。InpuStream部分源码如下：

在InputStream类中，有一个抽象的read()方法，还有其他两个已经实现了的重载的read方法，其他两个重载的read方法都是通过这个抽象的read()方法实现。我们看下子类（即具体的组件类也称被装饰者类）FileInputStream是怎么实现的？

可以看到FileInputStream实现了read()方法，真正读取数据，其是通过本地方法read0()来实现，同时它还覆盖了父类的另外两个重载的read方法，通过本地方法readBytes实现，之所以说FileInputStream是具体组件类，因为它实现了核心功能，真正获取数据。现在看下装饰者部分，先看下所有装饰者的基类FilterInputStream，装饰者和被装饰者必须是同样的类型，因为需要装饰者能取代被装饰者，因此装饰者基类FilterInputStream继承了抽象类InputStream，同时FilterInputStream定义了一个类型为InputStream的成员变量in，用来指向被装饰者或具体组件类，成员变量in在FilterInputStream的构造函数中被赋值。部分代码如下：

可以看到装饰者基类FilterInputStream实现的read()方法，是通过被装饰者in来实现的，同时它也覆盖了父类InputStream的另外两个重载的read方法。我们来看一个装饰者类BufferedInputStream，BufferedInputStream是一个带缓冲的输入流，它继承了FilterInputStream，也就继承了InputStream，因此装饰者和被装饰者都用共同的基类InputStream。BufferedInputStream的构造函数如下：

在BufferedInpuStream中，有一个成员变量buf，为一个字节数组，默认大小为8192字节。在构造BufferedInputStream对象时，我们需要传入一个InputStream对象，这个对象即我们要装饰的被装饰者类，比如FileInpuStream等。在构造函数中，BufferedInputStream将指向被装饰者类的InputStream对象保存在父类FilterInputStream的成员变量in中，这样每个装饰者类便有一个被装饰者类的引用。装饰者类并不实现核心功能，即真正读取数据，其只在被装饰者类功能的基础上做一定的处理即装饰，在这里BufferedInputStream做的装饰即为加上了一个缓冲区，减少I/O次数。再看下BufferedInputStream实现的read()方法，如下

成员变量pos代表当前读取数组buf的位置，count代表数组buf包含的实际数据大小，count介于0-(buf.length-1)之间，刚开始pos和count均为0，因此会调用fill()从输入流中一次性读取buf大小的数据，缓存到数组buf中，之后读取的话便可以直接从buf里取数据而不用从流中读取了，减少I/O次数。我们看下fill()的实现

方法getInIfOpen()获取之前传入进来的InputStream对象in，即指向被装饰者，一开始成员变量markpos为-1，因此else if代码块不会执行，来到了int n=getInIfOpen().read(buffer,pos,buffer.length-pos)，这里即利用被装饰者的功能，一次性读取buffer.length大小的数据，保存在自身的成员变量buf中。因此当我们调用read()方法时，如果buf还有数据的话，便会从buf中直接读取数据了。
我们一般使用的时候就就像这样 BufferedInputStream bfin=new BufferedInputStream(new FileInputStream(“file.txt”));
即先创建一个被装饰者对象，接着创建一个装饰者对象用来装饰。