设计模式——装饰者模式

Posted 2022-07-26 0x3f3f3f3f

案例引入装饰者模式

假设我们现在要实现一个咖啡管理系统，来计算不同咖啡的价格，和管理对每一种咖啡的描述

如上类图所示，$Beverage$是一个饮料的抽象类，该店所有饮料商品都应该继承这个类
$description$变量是子类自己定义的，用来描述当前饮料的。该描述通过$getDescription()$返回。
$cost()$方法是抽象方法，是用来计算饮料的价格，由每个子类自己实现。
而，在我们实际需求中，购买者可能根据个人口味要求在咖啡中添加各种调料，如奶，糖， 巧克力等等。而加的调料不同就会导致最后咖啡的价格不同，所以订单系统必须要考虑到这些调料的部分。按照上一个类图的思路，我们不难想到，把每一种添加调料的咖啡作为一个子类来实现$cost()$方法，这样没多一种调料就会多很多的排列组合情况，结果如下图所示。这就是类爆炸的情况发生，显然是不可取的。

为了解决上述类爆炸的情况，我们首先想到的解决方案是，在父类定义若干代表是否添加某调料的变量，然后再父类实现$cost()$方法，里边只需要判断代表某调料的变量值是否为$true$，为$true$则计算上该调料的价格，计算完成后，返回计算出来的价格即可，而子类只需要调用父类的$cost()$方法，即可获取价格。
如下图类图所示

类中的$hasXxx()$和$setXxx()$方法是用来判断是否有某调料和设置该调料的方法。
我们知道，面向对象设计原则里有很重要的一条是对修改关闭， 对扩展开放
而如果按照上述方式设计类的话，难免会产生如下的问题。

1. 如果调料的价格改变，则需要修改代码
2. 如果出现新调料，就要加新的$hasXxx()$和$setXxx()$方法，并且要更改$cost()$方法
3. 如果某饮料不适合该加该调料，但是继承的时候，加该调料的方法会被一并继承
4. 如果某顾客想要加双倍的某调料，或者三倍的某调料则无法实现

因此，我们可以得出结论，这种设计方式也是不可取的。
为了解决这个场景，我们来使用装饰者模式

定义装饰者模式

装饰这模式动态的将责任附加到对象上。若要扩展功能，装饰者提供了比继承更有弹性的替代方案。

装饰者模式来解决上述问题

我们以饮料为主体，然后运行时以调料来装饰饮料
例如：顾客想要摩卡和奶泡深焙咖啡，那么要做的是：

1. 拿一个深焙咖啡$(DarkRoast)$对象
2. 以摩卡$(Mocha)$对象装饰它
3. 以奶泡$(Whip)$对象装饰它
4. 调用$cost()$方法，并依赖委托将调料价格加上去

以装饰者构造饮料订单

1. 以$DarkRoast$对象开始
   
2. 建立一个$Mocha$对象，并用它将$DarkRoast$对象包起来
   
   $Mocha$对象是一个装饰者，他与所装饰对象的父类类型一致，因此它里边也有$cost()$方法。
3. 顾客也想要奶泡，所以需要建立一个Whip装饰者，并用它将$Mocha$对象包起来
   
   $Whip$是一个装饰者，他与所装饰的对象类型的父类类型一致，因此它也包括一个$cost()$方法
4. 所以在计算价格时，通过调用最外圈的装饰者的$cost()$方法就可以得到结果。
   
   所以实际调用流程是，最外层装饰者通过自身和内层调用结果算出总价格，内层调用者通过自身和被装饰者的调用结果算出本层的总价格，然后被装饰者调用自身方法返回价格。这样以一个递归的形式完成调用。

   我们可以得到的结论

5. 装饰者和被装饰者有相同的父类类型
6. 你可以用一个或多个装饰者包装一个对象
7. 既然装饰者和被装饰者对象有相同的父类类型，所以在任何需要原始对象的场合，可以用装饰过他的对象代替。
8. 装饰者可以在所委托被装饰者的行为之前与/或之后，加上自己的行为，以达到特定的目的。
9. 对象可以在任何时候被修饰，所以可以运行时动态的，不限量的使用你喜欢的装饰者来装饰对象。

我们总结上述有关装饰者模式的一些内容，可以得到一些代码结构

在该设计模式里，一共涉及到了四种角色

1. 抽象组件：定义一个抽象接口，来规范准备附加功能的类
2. 具体组件：将要被附加功能的类，实现抽象构件角色接口
3. 抽象装饰者：持有对具体构件角色的引用并定义与抽象构件角色一致的接口
4. 具体装饰：实现抽象装饰者角色，负责为具体构件添加额外功能

对于饮料来说的装饰者模式

其中的$Beverage$相当于抽象组件，而左侧的咖啡则是具体的组件。$CondimentDecorator$则是抽象装饰者，而底下的调料则是具体装饰。

实现装饰者模式

/**
 * 饮料类：抽象组件
 */
public abstract class Beverage 
    String description = "UnKown Beverage";

    public String getDescription() 
        return description;
    
    public abstract double cost();

/**
 * 调料类：抽象装饰者类
 */
public abstract class CondimentDecorator extends Beverage
    public abstract String getDescription();//所有的调料装饰者都必须实现这个方法

/**
 * 浓缩咖啡类：具体组件
 */
public class Espresso extends Beverage

    public Espresso() 
        description = "Espresso";//该变量继承自Beverage
    
    @Override
    public double cost() 
        return 1.99;
    

/**
 * 综合咖啡类:具体组件
 */
public class HouseBlend extends Beverage
    public HouseBlend() 
        description = "HouseBlend";
    
    @Override
    public double cost() 
        return 0.89;
    

/**
 * 摩卡调料：具体装饰者
 */
public class Mocha extends CondimentDecorator
    Beverage beverage;
    public Mocha(Beverage beverage) 
        this.beverage = beverage;//用一个实例变量记录饮料，也就是被装饰者
    
    @Override
    public double cost() 
        return beverage.cost() + 0.2;//首先把调用委托给被装饰对象，以计算价格，然后加上Mocha的价格
    

    @Override
    public String getDescription() 
        return beverage.getDescription() + ",Mocha";//首先利用委托的做法得到一个叙述，然后在其后加上附加的叙述
    

/**
 * 奶泡调料：具体装饰者
 */
public class Whip extends CondimentDecorator
    Beverage beverage;
    public Whip(Beverage beverage) 
        this.beverage = beverage;
    
    @Override
    public double cost() 
        return beverage.cost() + 0.8;
    

    @Override
    public String getDescription() 
        return beverage.getDescription() + ",Whip";
    

/**
 * 豆浆调料：具体装饰者
 */
public class Soy extends CondimentDecorator
    Beverage beverage;
    public Soy(Beverage beverage) 
        this.beverage = beverage;
    
    @Override
    public double cost() 
        return beverage.cost() + 0.5;
    

    @Override
    public String getDescription() 
        return beverage.getDescription() + ",Soy";
    

/**
 * 测试类
 */
public class StarbuzzCoffee 
    public static void main(String[] args) 
        Beverage beverage = new Espresso(); //一杯浓缩咖啡，不要调料
        System.out.println(beverage.getDescription() + " " + beverage.cost());//Espresso 1.99

        Beverage beverage1 = new HouseBlend();//一杯综合咖啡
        beverage1 = new Mocha(beverage1);//用摩卡装饰
        beverage1 = new Mocha(beverage1);//用第二个摩卡装饰
        beverage1 = new Whip(beverage1);//用奶泡装饰
        beverage1 = new Soy(beverage1);//用豆浆修饰
        System.out.println(beverage1.getDescription() + " " + beverage1.cost());//HouseBlend,Mocha,Mocha,Whip,Soy 2.59