14、Reader的源码、FilterReader源码、PushbackReader源码（windows操作系统，JDK8）

在Java I/O体系中，Reader 是字符输入流的抽象基类，而 FilterReader 和 PushbackReader 则是基于装饰器模式的重要实现。本文将深入分析这三者的源码结构、设计思想及实际应用，并通过代码演示在 Windows 操作系统和 JDK8 环境下的使用。—### ## Reader 源码分析Reader 位于 java.io 包中，是所有字符输入流的超类。它定义了读取字符的规范，主要方法包括：- read()：读取单个字符（返回 int，-1 表示流结束）- read(char[] cbuf, int off, int len)：读取字符到数组- close()：关闭流#### 源码核心片段javapublic abstract class Reader implements Readable, Closeable { protected Object lock; protected Reader() { this.lock = this; } protected Reader(Object lock) { if (lock == null) { throw new NullPointerException(); } this.lock = lock; } public int read() throws IOException { char[] cb = new char[1]; if (read(cb, 0, 1) == -1) return -1; else return cb[0]; } public abstract int read(char[] cbuf, int off, int len) throws IOException; public void close() throws IOException {}}关键点解读：- 使用 lock 对象实现线程安全（子类可以自定义锁）- read() 方法委托给 read(char[], int, int)，体现模板方法模式- 子类只需实现 read(char[], int, int) 和 close() 即可—### ## FilterReader 源码分析FilterReader 是装饰器模式的典型代表，它持有一个 Reader 引用，并将所有读取操作委托给该 Reader。其源码非常简洁：javapublic class FilterReader extends Reader { protected Reader in; protected FilterReader(Reader in) { super(in); this.in = in; } public int read() throws IOException { return in.read(); } public int read(char[] cbuf, int off, int len) throws IOException { return in.read(cbuf, off, len); } public void close() throws IOException { in.close(); }}设计亮点：- 构造函数接收一个 Reader 对象，存入 in 字段- 所有方法直接调用 in 的对应方法，不做额外处理- 子类可通过覆盖特定方法添加功能（如缓冲、回推）—### ## PushbackReader 源码分析PushbackReader 是 FilterReader 的子类，它增加了“回推”功能：允许将已读取的字符推回流中，以便再次读取。这在解析场景中非常有用。#### 核心源码解析javapublic class PushbackReader extends FilterReader { private char[] buf; // 回推缓冲区 private int pos; // 当前读取位置 public PushbackReader(Reader in, int size) { super(in); if (size <= 0) throw new IllegalArgumentException("size <= 0"); buf = new char[size]; pos = size; } public int read() throws IOException { if (pos < buf.length) { return buf[pos++]; } return super.read(); } public int read(char[] cbuf, int off, int len) throws IOException { if (pos < buf.length) { int n = Math.min(len, buf.length - pos); System.arraycopy(buf, pos, cbuf, off, n); pos += n; return n; } return super.read(cbuf, off, len); } public void unread(char c) throws IOException { if (pos == 0) throw new IOException("Pushback buffer overflow"); buf[--pos] = c; }}关键机制：- buf 数组存储回推的字符，pos 指向下一个可读位置- read() 优先从 buf 中读取，若缓冲区为空才从底层流读取- unread() 将字符压入 buf 的前端（递减 pos）—### ## 实战代码示例#### 示例1：使用 PushbackReader 实现简易语法解析javaimport java.io.*;public class PushbackReaderDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { String input = "a12b34c56"; StringReader sr = new StringReader(input); PushbackReader pr = new PushbackReader(sr, 5); int ch; while ((ch = pr.read()) != -1) { if (Character.isDigit((char) ch)) { // 如果是数字，回推字符并解析连续数字 pr.unread(ch); StringBuilder num = new StringBuilder(); while ((ch = pr.read()) != -1 && Character.isDigit((char) ch)) { num.append((char) ch); } System.out.println("解析到数字：" + num.toString()); // 如果读取到非数字字符，也回推 if (ch != -1) { pr.unread(ch); } } else { System.out.println("解析到字母：" + (char) ch); } } pr.close(); }}输出结果：解析到字母：a解析到数字：12解析到字母：b解析到数字：34解析到字母：c解析到数字：56注释说明：- 使用 PushbackReader 回推字符，实现数字的连续读取- 当遇到数字时，先回推再循环读取，避免重复判断—#### 示例2：自定义 FilterReader 实现字符过滤javaimport java.io.*;/** * 自定义过滤器：将读取的字符转换为大写 */class UpperFilterReader extends FilterReader { protected UpperFilterReader(Reader in) { super(in); } @Override public int read() throws IOException { int ch = super.read(); return (ch == -1) ? -1 : Character.toUpperCase((char) ch); } @Override public int read(char[] cbuf, int off, int len) throws IOException { int n = super.read(cbuf, off, len); for (int i = off; i < off + n; i++) { cbuf[i] = Character.toUpperCase(cbuf[i]); } return n; }}public class FilterReaderDemo { public static void main(String[] args) throws IOException { String input = "hello, world!"; StringReader sr = new StringReader(input); UpperFilterReader ufr = new UpperFilterReader(sr); char[] buffer = new char[20]; int len = ufr.read(buffer, 0, buffer.length); System.out.println(new String(buffer, 0, len)); // 输出: HELLO, WORLD! ufr.close(); }}输出结果：HELLO, WORLD!注释说明：- 继承 FilterReader，覆盖 read() 和 read(char[], int, int) 方法- 在读取后立即将字符转换为大写，实现装饰器模式的功能增强—### ## 总结通过对 Reader、FilterReader 和 PushbackReader 的源码分析，我们可以看到 Java I/O 框架的设计智慧：1. 抽象基类 Reader 定义了字符输入流的规范，使用模板方法模式减少子类实现负担。2. 装饰器模式 在 FilterReader 中得到完美体现，使得功能可以灵活组合（例如 PushbackReader 包装 FileReader）。3. PushbackReader 提供了回推机制，在解析文本（如编译器前端）时非常实用，避免了字符的重复读取。4. 在 Windows 系统和 JDK8 环境下，这些类性能稳定，且通过 lock 对象实现了线程安全。掌握这些核心类的源码，不仅能帮助我们更高效地使用 Java I/O，还能启发我们在设计中运用模板方法和装饰器模式解决实际问题。