面试题：自定义Java输入输出流及与设计模式的结合应用

Question

要求自定义一个继承自`FilterInputStream`的输入流，实现对读取的数据进行特定加密处理（如简单的移位加密）。同时，请阐述该自定义输入流在实际项目中可能与哪些设计模式结合使用，以及如何结合以提高代码的可维护性和扩展性。

Answer 1

自定义加密输入流代码

import java.io.FilterInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;

public class EncryptedFilterInputStream extends FilterInputStream {
    private static final int SHIFT = 3;

    public EncryptedFilterInputStream(InputStream in) {
        super(in);
    }

    @Override
    public int read() throws IOException {
        int data = super.read();
        if (data != -1) {
            return (data + SHIFT) % 256;
        }
        return data;
    }

    @Override
    public int read(byte[] b, int off, int len) throws IOException {
        int bytesRead = super.read(b, off, len);
        if (bytesRead != -1) {
            for (int i = 0; i < bytesRead; i++) {
                b[off + i] = (byte) ((b[off + i] + SHIFT) % 256);
            }
        }
        return bytesRead;
    }
}

可能结合的设计模式及结合方式

1. 装饰器模式
   • 结合方式：上述自定义的EncryptedFilterInputStream类本身就体现了装饰器模式。FilterInputStream是装饰器模式中的抽象装饰类，EncryptedFilterInputStream是具体的装饰类。在实际项目中，可以通过层层包装不同功能的装饰器（如不同加密方式的输入流装饰器、日志记录输入流装饰器等）来增强InputStream的功能，提高代码的可维护性和扩展性。例如，如果后续需要添加解密功能，可以再创建一个继承自FilterInputStream的DecryptedFilterInputStream装饰器，在读取数据时进行解密操作，与EncryptedFilterInputStream可以灵活组合使用。
2. 策略模式
   • 结合方式：可以将不同的加密策略（如不同的移位值、不同的加密算法）封装成不同的策略类。在EncryptedFilterInputStream中，通过一个策略接口来引用具体的加密策略对象。这样，在实际项目中，如果需要更换加密算法，只需要创建新的策略类实现加密策略接口，然后在EncryptedFilterInputStream中切换使用的策略对象即可，无需修改EncryptedFilterInputStream的核心读取逻辑，提高了代码的扩展性和可维护性。例如，创建ShiftEncryptionStrategy和XOREncryptionStrategy等不同策略类，在EncryptedFilterInputStream的构造函数中传入不同的策略对象来实现不同的加密策略。