设计模式(十)装饰者模式

一、定义

装饰者模式是一种比较常见的模式&＃xff0c;其定义如下&＃xff1a;

动态地给对象添加一些额外的职责&＃xff0c;就增加功能来说&＃xff0c;装饰者模式相比生成子类更为灵活。如果不用装饰者模式&＃xff0c;我们想要扩展一个对象的功能&＃xff0c;我们可能会采用继承该对象的方式&＃xff0c;然后重写里面的方法来实现扩展原有功能&＃xff0c;但当对象变化频繁的时候&＃xff0c;这种子类会有很多&＃xff0c;装饰者模式有效避免了这种创建大量子类的现象&＃xff0c;动态地扩展对象的功能。

装饰者模式通用类图如下&＃xff1a;

 二、角色分析

装饰者模式有四个角色需要说明&＃xff1a;

• Component抽象构件 

抽象构建类&＃xff0c;可以是抽象类或者接口&＃xff0c;定义了被装饰者类的一些抽象方法等&＃xff0c;即最基本的功能。

• ConcreteComponent具体构件

具体构建类&＃xff0c;实现或者继承了抽象构建类&＃xff0c;实现了具体的方法&＃xff0c;真正被装饰的其实是它。

• Decorator装饰角色

一般是一个抽象类&＃xff0c;实现接口或者抽象方法&＃xff0c;它里面不一定有抽象的方法&＃xff0c;在它的属性里面必然有一个private变量指向Component抽象构件。

• ConcreteDecorator具体装饰角色

真正在这里扩展原始对象的功能&＃xff0c;针对不同的具体构建类&＃xff0c;可以定义多个具体装饰角色&＃xff0c;例如ConcreteDecoratorA和ConcreteDecoratorB是两个具体的装饰类。

三、装饰者模式案例分析

下面我们以一个日常生活中常见的例子来说明装饰者模式的使用。

冬天快到了&＃xff0c;很多小伙伴都会喜欢打火锅&＃xff0c;打火锅肯定要有一个汤底&＃xff0c;然后我们可能还会点各种各样的配菜&＃xff0c;在增加配菜的同时&＃xff0c;我们需要动态计算吃这一顿的总价钱。

接下来我们就使用装饰者模式来把上面这种场景进行抽象。

首先&＃xff0c;UML类图如下&＃xff1a;

 我们首先定义抽象构件角色&＃xff0c;主要提供两个方法&＃xff1a;获取价格的方法getPrice()、获取描述信息的方法getDesc()&＃xff0c;代码如下&＃xff1a;

/*** 抽象构件: 火锅类*/
public abstract class HotPotComponent {/*** 获取价格** &＃64;return*/protected abstract BigDecimal getPrice();/*** 获取描述信息** &＃64;return*/protected abstract String getDesc();
}


接下来定义一个具体构件角色&＃xff1a;本例中就是火锅底料对象&＃xff0c;真正装饰的也就是它。

/*** 具体构件类: 火锅底料*/
public class HotPotSeasoningComponent extends HotPotComponent {&＃64;Overrideprotected BigDecimal getPrice() {return BigDecimal.valueOf(20);}&＃64;Overrideprotected String getDesc() {return "火锅底料";}
}

接着&＃xff0c;定义一个抽象装饰者类&＃xff0c;它继承自抽象构件角色&＃xff0c;内存持有一个指向抽象构件角色的引用&＃xff1a;

/*** 抽象装饰者类*/
public abstract class AbstractDecorator extends HotPotComponent {private HotPotComponent hotPotComponent;public AbstractDecorator(HotPotComponent hotPotComponent) {this.hotPotComponent &＃61; hotPotComponent;}&＃64;Overrideprotected BigDecimal getPrice() {return hotPotComponent.getPrice().add(getSideDishPrice());}&＃64;Overrideprotected String getDesc() {return hotPotComponent.getDesc() &＃43; " &＃43; " &＃43; getSideDishDesc();}/*** 获取配菜的描述** &＃64;return*/protected abstract String getSideDishDesc();/*** 获取配菜的价格** &＃64;return*/protected abstract BigDecimal getSideDishPrice();}


可以看到&＃xff0c; 除了实现抽象构件的抽象方法之外&＃xff0c;抽象装饰者角色内存还定义了配菜的一些方法。并且重写了抽象构件的getPrice()方法和getDesc()方法&＃xff0c;动态的计算所有配菜的总价格。

有了抽象装饰者角色&＃xff0c;就需要定义具体的装饰者角色进行增强了&＃xff1a;

/*** 具体装饰者角色: 肥牛*/
public class FatCattleDecorator extends AbstractDecorator {public FatCattleDecorator(HotPotComponent hotPotComponent) {super(hotPotComponent);}&＃64;Overrideprotected String getSideDishDesc() {return "肥牛";}&＃64;Overrideprotected BigDecimal getSideDishPrice() {return BigDecimal.valueOf(20);}
}/*** 具体装饰者角色: 小白菜*/
public class CabbageDecorator extends AbstractDecorator {public CabbageDecorator(HotPotComponent hotPotComponent) {super(hotPotComponent);}&＃64;Overrideprotected String getSideDishDesc() {return "小白菜";}&＃64;Overrideprotected BigDecimal getSideDishPrice() {return BigDecimal.valueOf(10);}}

最后&＃xff0c;我们定义一个场景类进行测试&＃xff1a;

public class Client {public static void main(String[] args) {//层层包装HotPotComponent hotPotComponent &＃61; new HotPotSeasoningComponent();//一份肥牛hotPotComponent &＃61; new FatCattleDecorator(hotPotComponent);//一份肥牛hotPotComponent &＃61; new FatCattleDecorator(hotPotComponent);//一份小白菜hotPotComponent &＃61; new CabbageDecorator(hotPotComponent);System.out.println(hotPotComponent.getDesc() &＃43; " &＃61; " &＃43; hotPotComponent.getPrice() &＃43; "元");}
}


运行结果&＃xff1a;

火锅底料 &＃43; 肥牛 &＃43; 肥牛 &＃43; 小白菜 &＃61; 70元

可见&＃xff0c;成功扩展原有对象的功能&＃xff0c;这样我们以后如果需要扩展火锅底料的功能&＃xff0c;只需要增加一个具体的装饰者角色即可实现扩展&＃xff0c;而不需要改动原有的代码&＃xff0c;这符合开闭原则。

四、装饰者应用分析

装饰者模式在我们的IO流中体现的最为显著&＃xff0c;下面我们看一下IO流中InputStream相关的UML类图&＃xff1a;

对应前面的通用类图应该很容易看出各个角色分别是谁&＃xff1a;

• OutputStream和InputStream就对应于抽象构件角色(Component)&＃xff1b;
• FileInputStream和FileOutputStream就对应具体构件角色(ConcreteComponent)&＃xff1b;
• FilterOutputStream和FilterInputStream就对应着抽象装饰角色(Decorator)&＃xff1b;
• BufferedOutputStream&＃xff0c;DataOutputStream等等就对应着具体装饰角色&＃xff1b; 

下面是关键源码&＃xff1a;

//抽象类&＃xff0c;抽象构建角色
public abstract class InputStream implements Closeable {//省略...
}//具体构建角色&＃xff0c;也是具体被装饰的类
public class FileInputStream extends InputStream{//省略...
}//装饰者基类&＃xff0c;该类持有一个抽象构建角色InputStream的引用
public class FilterInputStream extends InputStream {/*** The input stream to be filtered.*/protected volatile InputStream in;//省略...
}//具体装饰者角色
public class BufferedInputStream extends FilterInputStream {//省略...
}

五、总结

装饰者模式的优点&＃xff1a;

• 装饰者类和被装饰者类互不影响&＃xff0c;独立扩展&＃xff0c;他们之间没有耦合关系&＃xff1b;
• 装饰者模式是频繁继承的一个替换解决方案&＃xff0c;可以重复包装&＃xff0c;包装之后返回的还是抽象构建角色&＃xff1b;
• 装饰者模式可以动态地扩展一个实现类的功能&＃xff1b;

装饰者模式的缺点&＃xff1a;

• 多层装饰之后会使系统更加复杂&＃xff0c;后期不太方便维护和扩展&＃xff0c;所以不建议嵌套太多层装饰&＃xff0c;尽量减少装饰类的数量&＃xff0c;降低系统的复杂度。

装饰者模式的使用场景&＃xff1a;

• 需要动态扩展一个类的功能&＃xff0c;或给一个类在增加附加功能&＃xff1b;
• 需要频繁使用继承才能扩展功能时可以考虑使用装饰者模式&＃xff0c;可以减少类的创建&＃xff1b;
• 需要为一批的兄弟类进行改装或加装功能&＃xff0c;当前是首选装饰者模式&＃xff1b;