設計模式中巧記I/O

一、I/O

1. I/O操作中的設計模式

1. 概要

• 以設計模式角度，自頂向下理解I/O原始碼結構
• 理解位元組與字元的關係

1.1 裝飾者模式(輸入流為例)

1. 背景：通過繼承擴充套件物件耦合度高，使用裝飾者擴充套件可以在不改變現有結構的情況下，動態地給物件增加額外功能，耦合度底且靈活，一個具體物件可以有多個裝飾者
2. 位元組流
   

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• 抽象構件 :第二行，InputStream介面，定義位元組流的基本操作
• 抽象裝飾者 :第三行，與抽象構建介面是組合關係，動態的傳入具體構件。第四行通過擴充套件抽象構件子類，為具體構件新增新的功能
• 具體構件 :第一行，實現抽象構件 操作，具體裝飾者 為每一個具體的構件新增新的職責
• 具體裝飾者 :第四行，有新職責的具體構建

3. 裝飾者模式為位元組流帶來的增強

• 1. 使用InputStream 時，是以一個位元組一個位元組形式讀或寫，而BufferedInputStream 與BufferedOutputStream 為位元組流提供了緩衝區，讀資料時一次性讀取一塊資料放到緩衝區中，當快取區讀取完後，輸入流會再次填充緩衝區，直到輸入流被讀取完，緩衝區可以減少IO操作。
• 2. DataInputStream ，從位元組流中靈活的讀取並重建Java的基本型別與String型別資料

1.2 介面卡模式(輸入流為例)

1. 背景：需要開發的業務功能在元件庫中已經存在，但與新的介面規範不相容，重新開發成本太高，所以使用介面卡模式能解決這些問題

• 已有字元流讀寫介面Reader 與Writer ，新的需求是位元組流訪問資料來源，然後由字元流處理

2. 為什麼使用自符流

• 1. 根本原因：記憶體中資料操作是以位元組為單位(給機器看的)；一般持久化到磁碟不同的編碼對應不同的字元(給人類看的)，也可以以位元組形式持久化到硬碟，供軟體與硬體閱讀。
• 2. 位元組流操作單元為位元組(8byte)。InputStream中的read()方法，是以一個位元組為單位讀取，讀到末尾返回-1 、它的過載方法read(byte[])內部是通過for迴圈呼叫read() 實現一次讀入一個位元組陣列 ，按位元組的read()方法的會有頻繁IO操作，普通IO模型也會阻塞執行緒，直到返回一個位元組資料或-1，效率太低
• 3. 字元流操作單元為Unicode碼點(16byte)，使用快取讀寫。將資料持久化到磁碟 ，使用位元組寫入會亂碼，因為不同語言(漢語、英語等)都有自己對應的編碼表，例如英文一個字母可以用一個位元組表示，但漢語需要用兩個位元組，甚至一些特殊符號需要更多位元組(Unicode的輔助字元)，一個位元組一個位元組寫入很大可能會亂碼。所以字元符流會先根據對應的碼錶將內容寫入緩衝區，緩衝區滿了持久化到磁碟。使用字元流有兩個好處
  • 1. 利用快取讀寫，避免記憶體與作業系統頻繁IO操作，提高效率
  • 2. 寫入時指定編碼表可以有效避免亂碼問題

3. 介面卡模式中字元流與位元組流
   

4. 字元流

• Reader
  

• Writer
  

-PS:個人筆記，望讀者勘誤。本文只例舉了位元組輸入流與字元輸入流兩種，若讀者理解了可以結合原始碼看輸出流中設計模式