JAVA回顾总结--IO和装饰模式

一、IO
- 流的分类
- 流的体系结构
二、IO流的基础使用
- 2.1 FileReader和FileWriter
- 2.2 FileInputStream和FileOuputStream
- 2.3 缓冲流 Buffered
- 2.4 转换流 InputStreamReader和OutputStreamWriter
- 2.5 对象流 ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream
三、IO结构和装饰模式
- 3.1 装饰模式
- - 装饰模式的角色和组成
  - 装饰模式的工作原理
  - 装饰模式的优点
  - 装饰模式的应用场景
- 3.2 示例
- 3.3 装饰模式使用到的地方
- - 装饰模式在安卓上下文 Context
  - 装饰模式在 Java I/O 中的应用

一、IO

Java IO原理
I/O是Input/Output的缩写，I/O技术是非常实用的技术，用于处理设备之间的数据传输。如读/写文件，网络通讯等。
Java程序中，对于数据的输入/输出操作以“流(stream)”的方式进行。
java.io包下提供了各种“流”类和接口，用以获取不同种类的数据，并通过标准的方法输入或输出数据。

输入input:读取外部数据(磁盘、光盘等存储设备的数据)到程序(内存)中。
输出output:将程序(内存)数据输出到磁盘、光盘等存储设备中。

流的分类

按操作数据单位不同分为:字节流(8bit)，字符流(16bit)
按数据流的流向不同分为:输入流，输出流
按流的角色的不同分为:节点流，处理流

抽象基类	字节流	字符流
输入流	InputStream	Reader
输出流	OutputStream	Writer

Java的IO流共涉及40多个类，实际上非常规则，都是从如下4个抽象基类派生的。由这四个类派生出来的子类名称都是以其父类名作为子类名后缀。
在这里插入图片描述

流的体系结构

在这里插入图片描述

二、IO流的基础使用

2.1 FileReader和FileWriter

说明点：
    1. read()的理解：返回读入的一个字符。如果达到文件末尾，返回-1
    2. 异常的处理：为了保证流资源一定可以执行关闭操作。需要使用try-catch-finally处理
    3. 读入的文件一定要存在，否则就会报FileNotFoundException。

     */
    @Test
    public void testFileReader(){
        FileReader fr = null;
        try {
            //1.实例化File类的对象，指明要操作的文件
            File file = new File("hello.txt");//相较于当前Module
            //2.提供具体的流
            fr = new FileReader(file);

            //3.数据的读入
            //read():返回读入的一个字符。如果达到文件末尾，返回-1
            //方式一：
//        int data = fr.read();
//        while(data != -1){
//            System.out.print((char)data);
//            data = fr.read();
//        }

            //方式二：语法上针对于方式一的修改
            int data;
            while((data = fr.read()) != -1){
                System.out.print((char)data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //4.流的关闭操作
//            try {
//                if(fr != null)
//                    fr.close();
//            } catch (IOException e) {
//                e.printStackTrace();
//            }
            //或
            if(fr != null){
                try {
                    fr.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

    }
    /*
    从内存中写出数据到硬盘的文件里。

    说明：
    1. 输出操作，对应的File可以不存在的。并不会报异常
    2.
         File对应的硬盘中的文件如果不存在，在输出的过程中，会自动创建此文件。
         File对应的硬盘中的文件如果存在：
                如果流使用的构造器是：FileWriter(file,false) / FileWriter(file):对原有文件的覆盖
                如果流使用的构造器是：FileWriter(file,true):不会对原有文件覆盖，而是在原有文件基础上追加内容
     */
    @Test
    public void testFileReaderFileWriter() {
        FileReader fr = null;
        FileWriter fw = null;
        try {
            //1.创建File类的对象，指明读入和写出的文件
            File srcFile = new File("hello.txt");
            File destFile = new File("hello2.txt");

            //不能使用字符流来处理图片等字节数据
//            File srcFile = new File("爱情与友情.jpg");
//            File destFile = new File("爱情与友情1.jpg");


            //2.创建输入流和输出流的对象
            fr = new FileReader(srcFile);
            fw = new FileWriter(destFile);


            //3.数据的读入和写出操作
            char[] cbuf = new char[5];
            int len;//记录每次读入到cbuf数组中的字符的个数
            while((len = fr.read(cbuf)) != -1){
                //每次写出len个字符
                fw.write(cbuf,0,len);

            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //4.关闭流资源
            //方式一：
//            try {
//                if(fw != null)
//                    fw.close();
//            } catch (IOException e) {
//                e.printStackTrace();
//            }finally{
//                try {
//                    if(fr != null)
//                        fr.close();
//                } catch (IOException e) {
//                    e.printStackTrace();
//                }
//            }
            //方式二：
            try {
                if(fw != null)
                    fw.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            try {
                if(fr != null)
                    fr.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }

    }

2.2 FileInputStream和FileOuputStream

/**
 * 测试FileInputStream和FileOutputStream的使用
 *
 * 结论：
 * 1. 对于文本文件(.txt,.java,.c,.cpp)，使用字符流处理
 * 2. 对于非文本文件(.jpg,.mp3,.mp4,.avi,.doc,.ppt,...)，使用字节流处理
 *
 */
public class FileInputOutputStreamTest {

    //使用字节流FileInputStream处理文本文件，可能出现乱码。
    @Test
    public void testFileInputStream() {
        FileInputStream fis = null;
        try {
            //1. 造文件
            File file = new File("hello.txt");

            //2.造流
            fis = new FileInputStream(file);

            //3.读数据
            byte[] buffer = new byte[5];
            int len;//记录每次读取的字节的个数
            while((len = fis.read(buffer)) != -1){

                String str = new String(buffer,0,len);
                System.out.print(str);

            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(fis != null){
                //4.关闭资源
                try {
                    fis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }

    }

    /*
    实现对图片的复制操作
     */
    @Test
    public void testFileInputOutputStream()  {
        FileInputStream fis = null;
        FileOutputStream fos = null;
        try {
            //
            File srcFile = new File("爱情与友情.jpg");
            File destFile = new File("爱情与友情2.jpg");

            //
            fis = new FileInputStream(srcFile);
            fos = new FileOutputStream(destFile);

            //复制的过程
            byte[] buffer = new byte[5];
            int len;
            while((len = fis.read(buffer)) != -1){
                fos.write(buffer,0,len);
            }

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(fos != null){
                //
                try {
                    fos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(fis != null){
                try {
                    fis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }

    }

    //指定路径下文件的复制
    public void copyFile(String srcPath,String destPath){
        FileInputStream fis = null;
        FileOutputStream fos = null;
        try {
            //
            File srcFile = new File(srcPath);
            File destFile = new File(destPath);

            //
            fis = new FileInputStream(srcFile);
            fos = new FileOutputStream(destFile);

            //复制的过程
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while((len = fis.read(buffer)) != -1){
                fos.write(buffer,0,len);
            }

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(fos != null){
                //
                try {
                    fos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(fis != null){
                try {
                    fis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }


    }

    @Test
    public void testCopyFile(){

        long start = System.currentTimeMillis();

        String srcPath = "C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\01-视频.avi";
        String destPath = "C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\02-视频.avi";


//        String srcPath = "hello.txt";
//        String destPath = "hello3.txt";

        copyFile(srcPath,destPath);


        long end = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("复制操作花费的时间为：" + (end - start));//618

    }

}

2.3 缓冲流 Buffered

/**
 * 处理流之一：缓冲流的使用
 *
 * 1.缓冲流：
 * BufferedInputStream
 * BufferedOutputStream
 * BufferedReader
 * BufferedWriter
 *
 * 2.作用：提供流的读取、写入的速度
 *   提高读写速度的原因：内部提供了一个缓冲区
 *
 * 3. 处理流，就是“套接”在已有的流的基础上。
 */
public class BufferedTest {

    /*
    实现非文本文件的复制
     */
    @Test
    public void BufferedStreamTest() throws FileNotFoundException {
        BufferedInputStream bis = null;
        BufferedOutputStream bos = null;

        try {
            //1.造文件
            File srcFile = new File("爱情与友情.jpg");
            File destFile = new File("爱情与友情3.jpg");
            //2.造流
            //2.1 造节点流
            FileInputStream fis = new FileInputStream((srcFile));
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream(destFile);
            //2.2 造缓冲流
            bis = new BufferedInputStream(fis);
            bos = new BufferedOutputStream(fos);

            //3.复制的细节：读取、写入
            byte[] buffer = new byte[10];
            int len;
            while((len = bis.read(buffer)) != -1){
                bos.write(buffer,0,len);

//                bos.flush();//刷新缓冲区

            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //4.资源关闭
            //要求：先关闭外层的流，再关闭内层的流
            if(bos != null){
                try {
                    bos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
            if(bis != null){
                try {
                    bis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
            //说明：关闭外层流的同时，内层流也会自动的进行关闭。关于内层流的关闭，我们可以省略.
//        fos.close();
//        fis.close();
        }



    }

    //实现文件复制的方法
    public void copyFileWithBuffered(String srcPath,String destPath){
        BufferedInputStream bis = null;
        BufferedOutputStream bos = null;

        try {
            //1.造文件
            File srcFile = new File(srcPath);
            File destFile = new File(destPath);
            //2.造流
            //2.1 造节点流
            FileInputStream fis = new FileInputStream((srcFile));
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream(destFile);
            //2.2 造缓冲流
            bis = new BufferedInputStream(fis);
            bos = new BufferedOutputStream(fos);

            //3.复制的细节：读取、写入
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while((len = bis.read(buffer)) != -1){
                bos.write(buffer,0,len);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //4.资源关闭
            //要求：先关闭外层的流，再关闭内层的流
            if(bos != null){
                try {
                    bos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
            if(bis != null){
                try {
                    bis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
            //说明：关闭外层流的同时，内层流也会自动的进行关闭。关于内层流的关闭，我们可以省略.
//        fos.close();
//        fis.close();
        }
    }

    @Test
    public void testCopyFileWithBuffered(){
        long start = System.currentTimeMillis();

        String srcPath = "C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\01-视频.avi";
        String destPath = "C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\03-视频.avi";


        copyFileWithBuffered(srcPath,destPath);


        long end = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("复制操作花费的时间为：" + (end - start));//618 - 176
    }


    /*
    使用BufferedReader和BufferedWriter实现文本文件的复制

     */
    @Test
    public void testBufferedReaderBufferedWriter(){
        BufferedReader br = null;
        BufferedWriter bw = null;
        try {
            //创建文件和相应的流
            br = new BufferedReader(new FileReader(new File("dbcp.txt")));
            bw = new BufferedWriter(new FileWriter(new File("dbcp1.txt")));

            //读写操作
            //方式一：使用char[]数组
//            char[] cbuf = new char[1024];
//            int len;
//            while((len = br.read(cbuf)) != -1){
//                bw.write(cbuf,0,len);
//    //            bw.flush();
//            }

            //方式二：使用String
            String data;
            while((data = br.readLine()) != null){
                //方法一：
//                bw.write(data + "\n");//data中不包含换行符
                //方法二：
                bw.write(data);//data中不包含换行符
                bw.newLine();//提供换行的操作
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //关闭资源
            if(bw != null){

                try {
                    bw.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(br != null){
                try {
                    br.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }

    }

}

2.4 转换流 InputStreamReader和OutputStreamWriter

转换流提供了在字节流和字符流之间的转换
Java API提供了两个转换流:

InputStreamReader:将InputStream转换为Reader
OutputStreamWriter:将Writer转换为OutputStream

字节流中的数据都是字符时，转成字符流操作更高效。
很多时候我们使用转换流来处理文件乱码问题。实现编码和解码的功能。

/**
 * 处理流之二：转换流的使用
 * 1.转换流：属于字符流
 *   InputStreamReader：将一个字节的输入流转换为字符的输入流
 *   OutputStreamWriter：将一个字符的输出流转换为字节的输出流
 *
 * 2.作用：提供字节流与字符流之间的转换
 *
 * 3. 解码：字节、字节数组  --->字符数组、字符串
 *    编码：字符数组、字符串 ---> 字节、字节数组
 *
 *
 * 4.字符集
 *ASCII：美国标准信息交换码。
    用一个字节的7位可以表示。
 ISO8859-1：拉丁码表。欧洲码表
    用一个字节的8位表示。
 GB2312：中国的中文编码表。最多两个字节编码所有字符
 GBK：中国的中文编码表升级，融合了更多的中文文字符号。最多两个字节编码
 Unicode：国际标准码，融合了目前人类使用的所有字符。为每个字符分配唯一的字符码。所有的文字都用两个字节来表示。
 UTF-8：变长的编码方式，可用1-4个字节来表示一个字符。
 */
public class InputStreamReaderTest {

    /*
    此时处理异常的话，仍然应该使用try-catch-finally
    InputStreamReader的使用，实现字节的输入流到字符的输入流的转换
     */
    @Test
    public void test1() throws IOException {

        FileInputStream fis = new FileInputStream("dbcp.txt");
//        InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis);//使用系统默认的字符集
        //参数2指明了字符集，具体使用哪个字符集，取决于文件dbcp.txt保存时使用的字符集
        InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis,"UTF-8");//使用系统默认的字符集

        char[] cbuf = new char[20];
        int len;
        while((len = isr.read(cbuf)) != -1){
            String str = new String(cbuf,0,len);
            System.out.print(str);
        }

        isr.close();

    }

    /*
    此时处理异常的话，仍然应该使用try-catch-finally

    综合使用InputStreamReader和OutputStreamWriter
     */
    @Test
    public void test2() throws Exception {
        //1.造文件、造流
        File file1 = new File("dbcp.txt");
        File file2 = new File("dbcp_gbk.txt");

        FileInputStream fis = new FileInputStream(file1);
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file2);

        InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis,"utf-8");
        OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(fos,"gbk");

        //2.读写过程
        char[] cbuf = new char[20];
        int len;
        while((len = isr.read(cbuf)) != -1){
            osw.write(cbuf,0,len);
        }

        //3.关闭资源
        isr.close();
        osw.close();


    }


}

2.5 对象流 ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream

/**
 * 对象流的使用
 * 1.ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream
 * 2.作用：用于存储和读取基本数据类型数据或对象的处理流。它的强大之处就是可以把Java中的对象写入到数据源中，也能把对象从数据源中还原回来。
 *
 * 3.要想一个java对象是可序列化的，需要满足相应的要求。见Person.java
 *
 * 4.序列化机制：
 * 对象序列化机制允许把内存中的Java对象转换成平台无关的二进制流，从而允许把这种
 * 二进制流持久地保存在磁盘上，或通过网络将这种二进制流传输到另一个网络节点。
 * 当其它程序获取了这种二进制流，就可以恢复成原来的Java对象。
 */
public class ObjectInputOutputStreamTest {

    /*
    序列化过程：将内存中的java对象保存到磁盘中或通过网络传输出去
    使用ObjectOutputStream实现
     */
    @Test
    public void testObjectOutputStream(){
        ObjectOutputStream oos = null;

        try {
            //1.
            oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("object.dat"));
            //2.
            oos.writeObject(new String("我爱北京天安门"));
            oos.flush();//刷新操作

            oos.writeObject(new Person("王铭",23));
            oos.flush();

            oos.writeObject(new Person("张学良",23,1001,new Account(5000)));
            oos.flush();

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(oos != null){
                //3.
                try {
                    oos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }

    }

    /*
    反序列化：将磁盘文件中的对象还原为内存中的一个java对象
    使用ObjectInputStream来实现
     */
    @Test
    public void testObjectInputStream(){
        ObjectInputStream ois = null;
        try {
            ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("object.dat"));

            Object obj = ois.readObject();
            String str = (String) obj;

            Person p = (Person) ois.readObject();
            Person p1 = (Person) ois.readObject();

            System.out.println(str);
            System.out.println(p);
            System.out.println(p1);

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(ois != null){
                try {
                    ois.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }



    }

}

三、IO结构和装饰模式

3.1 装饰模式

装饰模式是一种结构型设计模式，它允许向现有对象动态地添加新功能，同时又不改变其结构。这种模式是通过创建一个包装类来包裹原始类，然后在包装类中添加新的功能来实现的。
在这里插入图片描述

装饰模式的角色和组成

在装饰模式中，通常涉及以下几个角色：

Component（组件）：定义一个抽象接口，用于被装饰的对象和装饰器共同实现。
ConcreteComponent（具体组件）：实现 Component 接口，是被装饰的具体对象。
Decorator（装饰器）：包含一个指向 Component 对象的引用，并实现 Component 接口。在装饰器中可以添加额外的功能。
ConcreteDecorator（具体装饰器）：扩展 Decorator 类，实现具体的装饰功能。

装饰模式的工作原理

装饰模式的工作原理如下：

客户端通过 Component 接口操作具体组件对象，不直接操作装饰器对象。
具体组件实现 Component 接口，提供基本的功能。
装饰器实现 Component 接口，并持有一个 Component 对象的引用。装饰器可以动态地添加新的功能，同时调用原始对象的方法。
具体装饰器扩展装饰器类，实现具体的装饰功能。

装饰模式的优点

灵活性：可以动态地添加新功能，而无需修改现有代码。
遵循开闭原则：对扩展开放，对修改关闭。
简化对象：避免使用继承导致类的爆炸式增长。

装饰模式的应用场景

装饰模式通常适用于以下情况：

需要动态地添加额外功能而不改变原有对象结构的情况。
需要对对象的功能进行多层次的包装。
需要灵活地组合各种功能以实现不同的效果。

3.2 示例

以下是一个简单的装饰模式示例，假设有一个 Coffee 类作为具体组件，需要为咖啡添加调味品：

// Component
interface Coffee {
    String getDescription();
    double cost();
}

// ConcreteComponent
class SimpleCoffee implements Coffee {
    public String getDescription() {
        return "Simple coffee";
    }

    public double cost() {
        return 1.0;
    }
}

// Decorator
abstract class CoffeeDecorator implements Coffee {
    protected final Coffee decoratedCoffee;

    public CoffeeDecorator(Coffee coffee) {
        this.decoratedCoffee = coffee;
    }

    public String getDescription() {
        return decoratedCoffee.getDescription();
    }

    public double cost() {
        return decoratedCoffee.cost();
    }
}

// ConcreteDecorator
class MilkDecorator extends CoffeeDecorator {
    public MilkDecorator(Coffee coffee) {
        super(coffee);
    }

    public String getDescription() {
        return super.getDescription() + ", with milk";
    }

    public double cost() {
        return super.cost() + 0.5;
    }
}

// Usage
Coffee myCoffee = new SimpleCoffee();
myCoffee = new MilkDecorator(myCoffee);
System.out.println(myCoffee.getDescription()); // Output: Simple coffee, with milk
System.out.println(myCoffee.cost()); // Output: 1.5

这个示例中，SimpleCoffee 是具体组件，CoffeeDecorator 是装饰器，MilkDecorator 是具体装饰器，用于为咖啡添加牛奶调味品。

3.3 装饰模式使用到的地方

装饰模式在安卓上下文 Context

在这里插入图片描述

IO流中的装饰模式

在这里插入图片描述

装饰模式在 Java I/O 中的应用

在 Java I/O 中，装饰模式被广泛应用，主要体现在以下两个方面：

装饰器类：Java 中的 I/O 类库提供了多个装饰器类，例如 BufferedInputStream、BufferedOutputStream、BufferedReader、BufferedWriter 等。这些装饰器类可以包装基本的输入流或输出流，以提供额外的功能，如缓冲、性能优化等。
装饰器模式实现：装饰器模式允许动态地添加新功能，而不改变现有类的结构。在 Java I/O 中，通过组合不同的装饰器类，可以实现对流的多层包装，以实现不同的功能组合。

例如，可以通过以下方式创建一个具有缓冲功能的字符输入流：

Reader reader = new BufferedReader(new FileReader("file.txt"));
在这个例子中，BufferedReader 是一个装饰器类，它包装了 FileReader，为其提供了缓冲功能。这种组合方式允许我们在运行时动态地添加或删除功能，而不会影响原有的类结构。