设计模式 - 装饰器模式

一、引入

当我们需要在一个对象的基础上，动态地添加一些额外的功能时，装饰器模式就能派上用场。这种模式允许你在不改变原始对象的结构的情况下，对其进行功能的扩展。

比如说，你有一杯普通的咖啡，你可以选择在里面加入牛奶、糖、甚至是一些香料，使得它变成拿铁咖啡、卡布奇诺等等，但这些变化并不会改变咖啡本身的基本属性。

在程序中，装饰器模式可以让你像叠加图层一样，一层一层地给一个对象添加新的功能，而不需要修改原始对象的代码。

举个例子，假如你有一个基本的文本编辑器，你可以通过装饰器模式来添加各种功能，比如加粗、斜体、下划线等等，而不需要改动编辑器的核心代码。这样一来，你可以根据需要随意地组合这些功能，得到一个个性化定制的文本编辑器，而不需要为每个组合都写一套新的代码。

总的来说，装饰器模式让你可以灵活地扩展一个对象的功能，同时保持了对象的简单和可重用性。

二、概念

装饰器模式（Decorator Pattern）是一种结构型设计模式，它允许在不修改现有对象结构的情况下，动态地给对象添加额外的功能。

在装饰器模式中，通常会定义一个抽象的装饰器接口，它与被装饰的对象实现相同的接口或继承相同的抽象类。然后，具体的装饰器类继承自抽象装饰器类，并持有一个被装饰的对象实例，它们可以在调用被装饰对象的同时，添加额外的功能。

装饰器模式的关键点在于它允许动态地给一个对象添加新的功能，而且可以在多个装饰器的情况下进行嵌套使用。

三、基本结构

抽象组件（Component）：定义了一个接口，可以是一个抽象类或者接口，它是被装饰对象和装饰器共同实现的接口。
具体组件（Concrete Component）：实现了抽象组件接口，是被装饰的对象。
抽象装饰器（Decorator）：继承自抽象组件，并包含一个指向抽象组件的引用，它可以在调用抽象组件的方法之前或之后执行一些额外的操作。
具体装饰器（Concrete Decorator）：实现了抽象装饰器接口，它是具体的装饰逻辑，可以对被装饰对象进行增强或修改。

四、示例代码

java 复制代码

/**
 * 抽象组件 : 咖啡
 */
public interface Coffee {
    double cost();
}

/**
 * 具体组件 : 简单咖啡
 */
public class SimpleCoffee implements Coffee {
    @Override
    public double cost() {
        return 2.2;
    }
}

java 复制代码

/**
 * 抽象装饰器 : 咖啡装饰器
 */
public class CoffeeDecorator implements Coffee {
    private Coffee coffee;

    public CoffeeDecorator(Coffee coffee) {
        this.coffee = coffee;
    }

    @Override
    public double cost() {
        return coffee.cost();
    }
}

/**
 * 具体装饰器 : 牛奶咖啡
 */
public class MilkDecorator extends CoffeeDecorator {
    public MilkDecorator(Coffee coffee) {
        super(coffee);
    }

    @Override
    public double cost() {
        return super.cost() + 0.1;
    }
}

/**
 * 具体装饰器 : 加糖咖啡
 */
public class SugarDecorator extends CoffeeDecorator {

    public SugarDecorator(Coffee coffee) {
        super(coffee);
    }

    @Override
    public double cost() {
        return super.cost() + 2;
    }
}

java 复制代码

//客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        SimpleCoffee simpleCoffee = new SimpleCoffee();
        System.out.println("简单咖啡价格:" + simpleCoffee.cost());

        MilkDecorator milkDecorator = new MilkDecorator(simpleCoffee);
        System.out.println("牛奶咖啡价格:" + milkDecorator.cost());


        SugarDecorator sugarDecorator = new SugarDecorator(simpleCoffee);
        System.out.println("加糖咖啡价格:" + sugarDecorator.cost());


        SugarDecorator sugarDecorator1 = new SugarDecorator(new MilkDecorator(new SimpleCoffee()));
        System.out.println("加奶加糖咖啡价格:" + sugarDecorator1.cost());
        
    }
}

五、用途

动态添加功能： 允许在不改变原始对象的结构的情况下，动态地给对象添加新的功能。
避免类的继承关系过于复杂： 通过装饰器模式，可以避免类之间出现过多的子类，减轻了继承关系的复杂性。
灵活组合功能： 可以通过组合不同的装饰器，实现不同的功能组合，从而提供灵活的定制化功能。
保持对象简单和可重用性： 装饰器模式允许在不修改对象的情况下，动态地添加或修改功能，保持了对象的简洁性和可重用性。

在实际开发中，装饰器模式经常应用于以下场景：

I/O流处理： Java中的I/O流就是典型的装饰器模式的应用，通过层层包装来实现对数据的处理。
缓冲流： 在读写数据时，可以通过装饰器模式来增加缓冲功能，提高读写效率。
Web开发中的过滤器： 在Web开发中，可以使用装饰器模式来实现过滤器，对请求或响应进行处理。
日志记录： 通过装饰器模式可以在不改变原有日志功能的基础上，动态地添加新的日志记录功能。

六、总结

优点：

动态扩展功能： 装饰器模式允许在运行时动态地给对象添加新的功能，而且可以根据需要添加多个装饰器，实现功能的组合。
避免继承的缺点： 相比继承，装饰器模式避免了创建过多子类的问题，使得类的层次结构更加灵活和简洁。
保持原始对象不变： 装饰器模式不会改变原始对象的结构，而是在其基础上进行功能扩展，保持了原始对象的稳定性和可重用性。
符合开闭原则： 可以在不修改已有代码的情况下，动态地增加新的功能。
更容易控制对象的功能： 可以灵活地组合装饰器，按需选择添加或移除功能，实现精细化的功能控制。

缺点：

增加了复杂度： 使用装饰器模式会引入许多新的类和对象，增加了系统的复杂度，降低了代码的可读性。
可能会造成设计上的混乱： 如果使用不当，可能会造成过度装饰，导致设计上的混乱和困难。

总的来说，装饰器模式是一种非常灵活和强大的设计模式，适用于需要动态地扩展对象功能的场景。但在使用时需要注意控制装饰器的数量和组合关系，以保持代码的清晰和可维护性。