java.io包中的字节流(下)—— FilterInputStream和FilterOutputStream

接着上篇文章,本篇继续说java.io包中的字节流。按照前篇文章所说,java.io包中的字节流中的类关系有用到GoF《设计模式》中的装饰者模式,而这正体现在FilterInputStream和FilterOutputStream和它的子类上,我们这篇就来看一看。

0. FilterInputStream和FilterOutputStream

首先,这两个都分别是InputStream和OutputStream的子类。而且,FilterInputStream和FilterOutputStream是具体的子类,实现了InputStream和OutputStream这两个抽象类中为给出实现的方法。

但是,FilterInputStream和FilterOutputStream仅仅是“装饰者模式”封装的开始,它们在各个方法中的实现都是最基本的实现,都是基于构造方法中传入参数封装的InputStream和OutputStream的原始对象。

比如,在FilterInputStream类中,封装了这样一个属性:

protected volatile InputStream in;

而对应的构造方法是:

    protected FilterInputStream(InputStream in) {
        this.in = in;
    }

read()方法的实现则为:

    public int read() throws IOException {
        return in.read();
    }

其它方法的实现,以及FilterOutputStream也都是同理类似的。

我们注意到FilterInputStream和FilterOutputStream并没给出其它额外的功能实现,只是做了一层简单地封装。那么实现额外功能的实际是FilterInputStream和FilterOutputStream的各个子类。

1. BufferedInputStream/BufferedOutputStream

先说说这个最简单的一对,BufferedInputStream和BufferedOutputStream。顾名思义,Buffered就是缓冲了的。在BufferedInputStream和BufferedOutputStream中,都额外实现了byte数组做buffer。

我们知道在父类FilterInputStream和FilterOutputStream类中,已经在构造方法时封装了原始的InputStream或者OutputStream对象。

在我们使用BufferedInputStream和BufferedOutputStream来进行read()和write()调用的时候,并不一定直接对封装的InputStream或者OutputStream对象进行操作,而是要经过缓冲处理。

在BufferedInputStream的read()中,实际上是一次读取了多个字节到缓冲数组,而非一次只读取一个。后续的read()操作可以直接从数组中获取字节,而不必再次调用封装的InputStream对象的read()操作。这样做其实在一定情况下可以减少底层的read调用次数,降低成本开销,提高了效率。

在BufferedOutputStream中也是一样,它的write()会先把数据写到缓冲数组中,直到数据达到了某个特定的限额,再调用write()的时候回真正调用到封装的OutputStream对象的write()方法。

2. DataInputStream/DataOutputStream

这也是比较重要的一对Filter实现。那么说起功能,实际上就不得不提到他们除了extends FilterInputStream/FilterOutputStream外,还额外实现了DataInput和DataOutput接口。

我们可以先来看下DataInput和DataOutput这两个interface。

DataInput

DataInput接口的outline

再看DataOutput:

DataOutput

DataOutput接口的outline

而DataInputStream/DataOutputStream这一对实际上所做的也就是这两个接口所定义的方法。再DataInputStream/DataOutputStream中,这些方法做了拼接和拆分字节的工作。通过这些方法,我们可以方便的读取、写出各种我们实际所面对的类型的数据,而不必具体去在字节层面上做细节操作。

3. PrintStream

这个类不成对,只有这样一个OutputStream。看起名字中的Print,我们会想到什么?println()方法和print()方法。实际上,包括java.lang包中的System.out和System.error,使用的都是PrintStream类对象。

从使用层面来看,这个类主要是提供了丰富的print()和println()的各类参数重载方法。对各个类型的输出,包括换行处理等都集成在内。还有format()方法,帮我们做到了类似C语言中printf()函数的效果。

而从实现上来看,这些print()和println()最终都调用了各类write()方法。在这些write()方法中,实际上使用到了类中封装的这两个属性。

private BufferedWriter textOut;
private OutputStreamWriter charOut;

他们都是Writer的子类,是字符流处理类,有编码解码机制,我们会在后续文章中详细说明。

4. PushbackInputStream

此类增加了“回退(push back)”功能。在读完一部分数据之后,可以“回退”到之前读过的某个“位置”,并重新设置这些数据。

在实现上,类似于BufferedInputStream,在PushbackInputStream增加了缓冲数组,回退时调整数组的下标索引,并边回退边重置数据。

5. LineNumberInputStream

这个主要是方便读入时的行号处理,但已经被@Deprecated了,就不多说了。

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