对Java Inputstream的一次采访

迷南。 2022-06-15 06:24 101阅读 0赞

在学习java.io.\*包的时候，InputStream那一群类很让人反感，子类繁多就不用说，使用起来非常奇怪。我们想以缓存的方式从文件中读取字节流。总要先创建一个FileInputStream,然后把它放入BufferedInputStream构造函数中去创建BufferedInputStream。完成这些工作后才能开始读取文件。

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为什么我们不能直接以缓存方式（BufferedInputStream）从文件中读取数据呢？今天我带着这样的问题走进InputStream的家，对老人家进行一次采访， 希望他能解决我心头的疑惑。

我：老人家您好，我用InputStrem用了很久了， 一直以来都有一个问题困扰着我， 想请教您一下，为什么我们想以带缓存的方式从文件中读取字节流需要创建FileInputStream和BufferedInputStream两个类，这太麻烦了，你看看人家Python, Ruby, 都是打开文件后直接就可以读了，多方便啊！

InputStream：年轻人，不要有情绪 ！ 存在的就是合理的， 这其实是一个很长的故事， 要从很久很久以前说起。那时候Java刚刚诞生，我也幸运地被创造出来。那时候帝国实施严格的计划生育，我还没有任何子孙，很是寂寞。一天，有一个叫小霍的年轻人找到了我。他说他要让我飞黄腾达，子孙满堂。

我：这么神？那您讲讲您和小霍之间的故事吧。

时光倒流回20年前，小霍初见年轻的InputStream。

小霍:InputStream先生你好，我是JAVA帝国计划生育委员会的工作人员，组织上听说你孤苦伶仃的，很是于心不忍，又给你争取了好几个生育名额， 让你像Java集合框架那样儿孙满堂。

InputStream：真的吗？ 我知道争取生育名额很不容易，那你说说，组织准备让我生几个？

小霍：你是IO的输入类，负责读取数据（字节流）。数据就是你的包裹，你一般从哪些渠道获得包裹？

InputStream：文件，字节数组，StringBuffer，其它线程，对了还有已经被序列化的对象。

小霍： 那你先根据数据来源的渠道生5个孩子，老大叫FileInputStream，处理文件，老二叫ByteArrayInputStream，处理字节数组，老三叫StringBufferInputStream，处理StringBuffer，老四叫PipedInputStream，处理线程间的输入流，老五叫ObjectInputStream，处理被序列化的对象。

InputStream：万一有一个包裹里面有多个或者多种数据输入流呢。

小霍：那就再生一个SequenceInputStream，处理一个包裹里有多种数据来源的业务。还有其它问题吗？没问题我就回单位了。帝国刚建立，我们计划生育委员会掌管着全国的生育名额，我还忙着呢。你抓紧时间生孩子，有问题再找我。

InputStream：好咧，我这就关灯造人。

交流完毕后，小霍走了，我也抓紧时间把我6个孩子生了出来，为国家做贡献。InputStream的6个孩子齐心协力，处理了JAVA早期很多的输入业务。但是他们也面临了新的问题。没过多久。年轻的计生委员小霍再次找到了InputStream。

小霍：你那6个孩子都是能人啊，但是现在客户抱怨他们的工作还不够到位。

InputStream：我那6个孩子各司其职，工作勤勤恳恳，怎么还有人抱怨？

小霍：客户嘛，都比较挑剔。他们抱怨你们读取数据太慢了，尤其是你的老大FileInputStream每次读数据都慢死了。好多客户等待都超过了几秒了，还没把数据等回来。

InputStream：几秒很慢吗？

小霍：我们计算机都是以纳秒计时的，所谓世间一秒钟，机器已千年。那些客户头发都等白了。

InputStream: 读数据慢能怪我吗？这不是硬盘慢造成的吗？

小霍：是，是硬盘造成的，我们想一个办法让用户减少访问硬盘的次数。比如建一个buffer怎么样？用户需要的数据先让他们在buffer里面找，能找到就直接从buffer里返回，实在找不到再去硬盘里找。Buffer在内存里，内存可比硬盘快10万倍呢（内存在随机访问的速度上是硬盘的10万倍以上）。

InputStream：这办法好。客户抱怨的其他问题呢？

小霍：客户想要的数据类型都是int, long, String这样的JAVA基本类型，而你提供给他们的都是byte类型，还需要客户自己进行类型转换。客户觉得麻烦。还有一个问题，Stream里面读出来的数据就不能重新放回去，客户想要一个功能，能把读出来的数据再推回Stream里面。

InputStream：看来我得再生3个孩子: 拥有缓存的BufferedInputStream，把byte转换成JAVA基本类型的DataInputStream和回写数据到stream的PushbackInputStream。

小霍：老伙计，你糊涂了，不止3个。就拿FileInputStream 来说吧， 加上这三个功能就需要三个子类

Buffered + FileInputStream

Data+ FileInputStream

PushBack + FileInputStream

还有更大的问题，万一某个特殊的客户既想有数据回写，又想要输出int,long,String这样的数据，还有要缓存。 或者说他们只要三个功能中的两个，这样组合起来， 又需要4个子类

Buffered + Data + FileInputStream

Buffered + PushBack + FileInputStream

Data + PushBack + FileInputStream

Buffered + Data + PushBack + FileInputStream

换句话说， 仅仅是FileInputStream， 就需要7个子类， 你还有其他5个孩子呢！ 总共需要6 \* 7 = 42个子类， 我估计客户看到这么多子类，眼都花了。

InputStream：看来我们得想另外的办法。要不然我的家族就要“类爆炸”了，再说让我一下生那么多孩子，我也煎熬啊。

小霍：你玩过俄罗斯套娃没？一个实心的娃娃被各种各样娃娃外壳套着。一个实心娃娃先套一个学生的外壳，那么他就是学生了，如果我再在外面套一个运动员的壳，那么他就成了有运动员身份的学生。我们模仿这种形式，比如最里面的实心娃娃是处理文件读取的FileInputStream，外面套一个BufferedInputStream的壳，那么这个套娃就是带buffer的FileInputStream。如果再套一个DataInputStream，那么套娃就成了能输出int这样java 基本类型并且带buffer的FileInputStream。搭配由客户去决定，我们只需要提供套娃壳（新的3个功能类）和最里面的实心娃InputStream（InputStream的6个孩子）。

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InputStream：这很巧妙，那如何实现这样一种设计呢？

小霍：这有2个关键点：

1. 既然套娃中一定有实心娃娃，那么套娃的壳的类必须包含一个实心娃。比如BufferedInputStream里面要包含一个InputStream,我们把实心娃娃通过BufferedInputStream的构造函数放进去，当然DataInputStream和PushbackInputStream也一样。

2. BufferedInputStream+实心娃娃InputStream组成的新套娃又可以当作DataInputStream的实心娃娃，那么我们让这些套娃的外壳BufferedInputStream，DataInputStream，BufferedInputStream都继承自InputStream类，这样才能实现新组成的套娃又可以被另外的套娃壳嵌套。这３个套娃壳有着共同的特点都是装饰实心娃娃，我们再在他们上层在抽象一个FilterInputStream,让FilterInputStream继承自InputStream,让FilterInputStream里面包含一个实心娃娃InputStream。以后所有的装饰类都从FilterInputStream继承。

InputStream：这样我也省事了，只需要再多生一个FilterInputStream，剩下的BufferedInputStream，DataInputStream，PushbackInputStream这样的装饰类都让FilterInputStream去生了。

小霍：对，加上FilterInputStream，你就有７个孩子了，跟葫芦娃一样。前面６个哥哥都是和数据源有关，７弟就是用来装饰6个哥哥。把数据源的InputStream类和装饰的InputStream整合在了一起。

InputStream：而且对于BufferedInputStream，DataInputStream，PushbackInputStream来说，我还是爷爷，想着他们叫我爷爷的样子，我心里就美滋滋的。

小霍：美得你，Java中无论多少次继承都是子类父类关系，没有爷爷这么一说。我把家谱给你。你儿子太多，我就画ByteArrayInputStream，FileInputStream 和FilterInputStream的简化版。

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（装饰者模式， 点击看大图）

小霍：这样的设计既避免了类爆炸，又可以让用户自己去搭配核心类和装饰类。而且也满足了一个重要的设计原则：开闭原则。这是指导思想。所谓开闭原则就是要对扩展开放，对修改关闭。我们的目标是允许类很容易地进行扩展，在不修改代码的情况下就可以搭配新的行为。至于缺点嘛，在实例化的时候用户不仅仅实例化核心类，还要把核心类包进装饰者中。对于初次接触ＩＯ类库的人，无法轻易理解。

InputStream：这是一个好的设计模式，只是需要一些学习成本。以后要有人不理解这设计模式，我就把我和你之间的故事给他讲一遍。

小霍：如此甚好。

回忆结束， 时光回到现在．

InputStream：故事讲完了，这下你明白了吗？

我：原来是这样啊，为了防止类爆炸而采用了装饰者模式， 要是按照我起初的想法，有一个专门的类来处理我的InputFileStream+BufferedInputStream,那InputStream您早就因为类太多引起爆炸了。小霍是个厉害的人物啊。

InputStream：是啊，年轻人就得多学习，小霍确实是个了不起的人物。

结束语：有人问过关于文章里提及的人物真实存在吗？其实大多数都是我杜撰的。 而本文中的小霍确有其人。亚瑟.范.霍夫(Arthurvan Hoff)早期杰出的Java工程师，大多数的Java.io类都出自他手。后来也担任过Flipboard，Dell公司ＣＴＯ．谢谢他把这么精彩的设计带到人间。文中提及的所有类InputFileStream，BufferedInputStream等都可以在java.io.\*中找到，有兴趣的可以去读读源码，jdk的源码就是最规范的java规范,最详细的文档。

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