405. Java 文件操作基础 - 装饰者模式与 I/O Streams

405. Java 文件操作基础 - 装饰者模式与 I/O Streams

1️⃣ 装饰者模式的目的

• 装饰者模式（Decorator Pattern） 是 23 种 GoF 设计模式之一。
• Java I/O API 充分利用装饰者模式，扩展或修改已有类的行为，而无需修改原有类。
• 优点：
  • 动态扩展功能
  • 保持类的开放-封闭原则（Open/Closed Principle）
  • 可以组合不同功能的装饰器（Decorator）

核心思想：把一个对象“包裹”起来，在保留原功能的基础上增加新功能。

2️⃣ Reader 类层次结构

          Reader (抽象类)
             │
   ┌─────────┴─────────┐
   │                   │
CharArrayReader      FileReader  ... （StringReader 等）
   │
BufferedReader (装饰器)
   │
LineNumberReader (装饰器)

📌 核心概念

1. Reader
   • 抽象基类，定义了读取字符的基本操作
2. FileReader / CharArrayReader / StringReader
   • 提供具体数据源：文件、字符数组或字符串
3. BufferedReader
   • 是 Reader 的装饰器，需要一个 Reader 实例作为委托（delegate）
   • 提供缓冲、按行读取、性能优化等功能
4. LineNumberReader
   • 继承 BufferedReader，也是装饰器
   • 在原有功能基础上增加行号跟踪

3️⃣ 装饰者模式的关键点

• 组合优先于继承：
  • BufferedReader 内部保存一个 Reader 对象，而不是继承 FileReader 的具体实现
• 增加功能而不修改原类：
  • 例如 BufferedReader 可以提供 readLine() 方法，而 FileReader 并没有
• 可以多层嵌套：
  • 例如 new LineNumberReader(new BufferedReader(new FileReader("file.txt")))

4️⃣ 示例代码：按行读取文件并打印行号

import java.io.*;

public class DecoratorIODemo {
    public static void main(String[] args) {
        File file = new File("sample.txt");

        try (LineNumberReader lnr = 
                new LineNumberReader(
                    new BufferedReader(
                        new FileReader(file)))) {

            String line;
            while ((line = lnr.readLine()) != null) {
                System.out.println("Line " + lnr.getLineNumber() + ": " + line);
            }

        } catch (IOException e) {
            System.err.println("I/O Exception: " + e.getMessage());
        }
    }
}

✅ 讲解

1. FileReader → 读取文件
2. BufferedReader → 增加缓冲，提高效率
3. LineNumberReader → 增加行号功能
4. 多层装饰器组合：
   • 可以根据需要自由组合 Reader 功能
   • 保留原始对象的行为，同时扩展新功能

5️⃣ 小结

• Java I/O API 使用装饰者模式极大增强灵活性
• 常见装饰器：
  • BufferedReader / BufferedWriter → 缓冲、按行处理
  • LineNumberReader → 行号追踪
  • PrintWriter → 格式化输出
• 核心点：
  • 装饰器 接受一个 Reader/Writer 作为委托
  • 装饰器可以 扩展或覆盖原有方法
  • 可以多层嵌套，功能可组合