设计模式第5式：装饰器模式

news2024/9/27 19:14:23

前言

当我们初学编程时，扩展程序功能一般习惯使用继承，使用继承有一些缺点，那就是容易造成类爆炸，并且容易继承一些不需要的特性。当我们学习完装饰器模式后，会发现善用组合会有比继承更好的效果。

正文

1、咖啡馆案例

我们还是来看《Head First设计模式》给出的一个实际场景，一个咖啡馆要做一个订单系统。这个咖啡馆有4款基础咖啡（HouseBlend、DarkRoast、Decaf、Espresso），在基础咖啡之上我们可以加3种调料（Milk、Soy、Mocha），客人可以随意组合1款基础咖啡和多种调料，最后计算出总价。
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最笨的办法就是穷举基础咖啡和调料的组合，光是一种基础咖啡加一种调料就要实现4*3=12个子类。这是典型的类爆炸。而且极不容易扩展，想象一下如果要再加一种基础咖啡或调料，又要新增多少个类。
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再想一种办法，我们将是否加料放在父类Beverage中，将各种调料的布尔值放在父类中，于是父类中的cost方法要加上各种判断，最终算出调料总价。基础咖啡子类继承父类，cost方法将基础咖啡的价钱加上父类中的调料价钱，算出总价。这种方式的弊端是什么呢？调料价钱的改变或新减调料都会修改现有代码，而且有的基础咖啡并不需要继承所有调料，而且如果想要双倍调料怎么办？
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利用继承设计子类的行为，是在编译时静态决定的，而且所有的子类都会继承到相同的行为。但是，如果使用组合的方式扩展对象的行为，就可以在运行时动态的扩展。通过动态的组合对象，可以写新的代码添加新的功能，无需修改现有的代码。既然没有修改现有代码，那么引入bug的机会将大大减少。

设计原则：类应该对扩展开发，对修改关闭

2、用装饰者模式改造案例

我们以基础饮料为主体，然后在运行时以调料来“装饰”饮料。比如顾客想要摩卡和奶泡深焙咖啡，那么要做以下步骤：
a、拿一个深焙咖啡DarkRoast对象；
b、以摩卡Mocha对象装饰它；
c、以奶泡Whip对象装饰它；
d、调用cost方法，并委托每一层装饰器和主题计算总价。

于是我们可以得到装饰器模式的定义：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。

装饰者和被装饰者有相同的超类；
可以用一个或多个装饰器包装一个对象；
既然有相同的超类型，那么在任何需要被装饰对象的场合，都可以用装饰器来代替；
装饰器可以在被装饰者的行为前后加上自己的行为，以达到特定的目的；
可以在运行时动态地，不加限制的使用装饰器来装饰对象；

按照上面装饰器的类图，我们来重新画一下咖啡馆应用的类图：

我们可以在装饰器的父类中持有Beverage对象，也可以在具体的装饰器对象中持有Beverage对象，本例中是在具体子类中：

Public class Mocha extends CondimentDecorator {
	Beverage beverage;

	public Mocha(Beverage beverage) {
		this.beverage = beverage;
	}

	public double cost() {
		return 0.2 + beverage.cost();
	}
}

按照类图写完代码后，让我们真正来点一杯加料的咖啡吧。

public static void main(String args[]) {
	Beverage beverage = new DarkRoast() // 先制造一个基础咖啡
	beverage = new Mocha(beverage); // 加一分Mocha
	beverage = new Mocha(beverage); // 再加一分Mocha
	beverage = new Whip(beverage); // 加一分Whip
	sout(beverage.cost()); // 计算总价
}

3、装饰者模式在Java I/O中的应用

java.io包中的类简直是多如牛毛，初学者根本无从下手，但是我们已经学习了装饰者模式，那就来抽丝剥茧，捋一捋这些类的关系。IO体系只提供了几个基础类提供了最基本的字节读写功能，比如FileInputStream、StringBufferInputStream、ByteArrayInputStream。其他都是这些基础类的装饰器，也就是在这些基础类上额外增加了一些功能。

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那么，装饰器的抽象类是谁呢？那就是下图中的FilterInputStream，我们可以继承这个类实现自己的装饰器。我们看到FilterInputStream中持有了一个InputStream类型的引用。

public class FilterInputStream extends InputStream {
    /**
     * The input stream to be filtered.
     */
    protected volatile InputStream in;

	...
}