设计模式之装饰者模式

Posted 2021-08-06 二木成林

概述

我们先来看一个快餐店的例子。

快餐店有炒面、炒饭这些快餐，可以额外附加鸡蛋、火腿、培根这些配菜，当然加配菜需要额外加钱，每个配菜的价钱通常不太一样，那么计算总价就会显得比较麻烦。

使用继承的方式存在的问题：

• 扩展性不好：如果要再加一种配料（火腿肠），我们就会发现需要给FriedRice和FriedNoodles分别定义一个子类。如果要新增一个快餐品类（炒河粉）的话，就需要定义更多的子类。

• 产生过多的子类。

在软件开发过程中，有时想用一些现存的组件。这些组件可能只是完成了一些核心功能。但在不改变其结构的情况下，可以动态地扩展其功能。所有这些都可以釆用装饰器模式来实现。

装饰器（Decorator）模式的定义：指在不改变现有对象结构的情况下，动态地给该对象增加一些职责（即增加其额外功能）的模式，它属于对象结构型模式。

结构

通常情况下，扩展一个类的功能会使用继承方式来实现。但继承具有静态特征，耦合度高，并且随着扩展功能的增多，子类会很膨胀。如果使用组合关系来创建一个包装对象（即装饰对象）来包裹真实对象，并在保持真实对象的类结构不变的前提下，为其提供额外的功能，这就是装饰器模式的目标。

装饰器模式主要包含以下角色。

1. 抽象构件（Component）角色：定义一个抽象接口以规范准备接收附加责任的对象。
2. 具体构件（ConcreteComponent）角色：实现抽象构件，通过装饰角色为其添加一些职责。
3. 抽象装饰（Decorator）角色：继承抽象构件，并包含具体构件的实例，可以通过其子类扩展具体构件的功能。
4. 具体装饰（ConcreteDecorator）角色：实现抽象装饰的相关方法，并给具体构件对象添加附加的责任。

例：适用装饰者模式对快餐店案例进行改进，其UML类图如下：

实现代码类如下：

• FastFood.java

 

public abstract class FastFood {
    /**
     * 价格
     */
    private float price;
    /**
     * 描述
     */
    private String desc;

    public FastFood() {
    }

    public FastFood(float price, String desc) {
        this.price = price;
        this.desc = desc;
    }

    public float getPrice() {
        return price;
    }

    public void setPrice(float price) {
        this.price = price;
    }

    public String getDesc() {
        return desc;
    }

    public void setDesc(String desc) {
        this.desc = desc;
    }

    /**
     * 抽象方法，计算快餐的价格
     *
     * @return 返回价格
     */
    public abstract float cost();
}

• FriedRice.java

public class FriedRice extends FastFood {
    public FriedRice() {
        super(10, "炒饭");
    }

    @Override
    public float cost() {
        return getPrice();
    }
}

• FriedNoodles.java

public class FriedNoodles extends FastFood {

    public FriedNoodles() {
        super(15, "炒面");
    }

    @Override
    public float cost() {
        return getPrice();
    }
}

• Garnish.java

public abstract class Garnish extends FastFood {
    /**
     * 再定义一个快餐类成员变量
     */
    private FastFood fastFood;

    public FastFood getFastFood() {
        return fastFood;
    }

    public void setFastFood(FastFood fastFood) {
        this.fastFood = fastFood;
    }

    public Garnish(FastFood fastFood, float price, String desc) {
        super(price, desc);
        this.fastFood = fastFood;
    }
}

• Egg.java

public class Egg extends Garnish {

    public Egg(FastFood fastFood) {
        super(fastFood, 1, "鸡蛋");
    }

    @Override
    public float cost() {
        // 计算价格
        return getPrice() + getFastFood().cost();
    }

    @Override
    public String getDesc() {
        // 描述
        return super.getDesc() + getFastFood().getDesc();
    }
}

• Bacon.java

public class Bacon extends Garnish {

    public Bacon(FastFood fastFood) {
        super(fastFood, 2, "培根");
    }

    @Override
    public float cost() {
        // 计算价格
        return getPrice() + getFastFood().cost();
    }

    @Override
    public String getDesc() {
        // 描述
        return super.getDesc() + getFastFood().getDesc();
    }
}

优缺点

装饰器模式的主要优点有：

• 装饰器是继承的有力补充，比继承灵活，在不改变原有对象的情况下，动态的给一个对象扩展功能，即插即用
• 通过使用不用装饰类及这些装饰类的排列组合，可以实现不同效果
• 装饰器模式完全遵守开闭原则

其主要缺点是：

• 装饰器模式会增加许多子类，过度使用会增加程序得复杂性。

适用场景：

• 当不能采用继承的方式对系统进行扩充或者采用继承不利于系统扩展和维护时。不能采用继承的情况主要有两类：

  • 第一类是系统中存在大量独立的扩展，为支持每一种组合将产生大量的子类，使得子类数目呈爆炸性增长；

  • 第二类是因为类定义不能继承（如final类）

• 在不影响其他对象的情况下，以动态、透明的方式给单个对象添加职责。

• 当对象的功能要求可以动态地添加，也可以再动态地撤销时。

JDK源码解析

IO流中的包装类使用到了装饰者模式。BufferedInputStream，BufferedOutputStream，BufferedReader，BufferedWriter。

我们以BufferedWriter举例来说明，先看看如何使用BufferedWriter

public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        //创建BufferedWriter对象
        //创建FileWriter对象
        FileWriter fw = new FileWriter("C:\\\\Users\\\\Think\\\\Desktop\\\\a.txt");
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(fw);

        //写数据
        bw.write("hello Buffered");

        bw.close();
    }
}

使用起来感觉确实像是装饰者模式，接下来看它们的结构：

 BufferedWriter使用装饰者模式对Writer子实现类进行了增强，添加了缓冲区，提高了写数据的效率。

代理模式和装饰者模式的区别

静态代理和装饰者模式的区别：

• 相同点：

  • 都要实现与目标类相同的业务接口

  • 在两个类中都要声明目标对象

  • 都可以在不修改目标类的前提下增强目标方法

• 不同点：

  • 目的不同 装饰者是为了增强目标对象 静态代理是为了保护和隐藏目标对象

  • 获取目标对象构建的地方不同 装饰者是由外界传递进来，可以通过构造方法传递 静态代理是在代理类内部创建，以此来隐藏目标对象