【深入理解设计模式】装饰者设计模式

OldGj_2024-03-01 22:05

装饰者设计模式

装饰者设计模式（Decorator Design Pattern）是一种结构型设计模式，它允许向现有对象添加新功能而不改变其结构。这种模式通常用于需要动态地为对象添加功能或行为的情况，而且这些功能可以独立于对象本身来进行扩展。

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。

装饰（Decourator）模式中的角色：

  • Component（抽象组件角色）：定义一个对象接口，可以给这些对象动态地添加职责。

  • ConcreteComponent（具体组件角色）：实现Component接口，是被装饰的具体对象，可以动态地为其添加职责。

  • Decorator（抽象装饰者）：维持一个指向Component对象的指针，并实现Component接口，这样可以扩展Component对象的功能。

  • ConcreteDecorator（具体装饰者）：实现Decorator接口，并扩展Component对象的功能。

示例一：

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。我们使用装饰者模式对快餐店案例进行改进，体会装饰者模式的精髓。

java 复制代码 
/**
 * @author OldGj 2024/02/25
 * @version v1.0
 * @apiNote 快餐类 - 抽象组件者
 */
public abstract class FastFood {

    private float price;
    private String desc;

    public FastFood() {
    }

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

    public abstract float cost();  //获取价格

    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;
    }
}
java 复制代码 
/**
 * @author OldGj 2024/02/25
 * @version v1.0
 * @apiNote 炒面类 - 具体构件者（待装饰类）
 */
public class FriedNoodles extends FastFood {


    public FriedNoodles(){
        super(12,"炒面");
    }

    @Override
    public float cost() {
        return getPrice();
    }
}
java 复制代码 
/**
 * @author OldGj 2024/02/25
 * @version v1.0
 * @apiNote 炒饭类 - 具体构件者（待装饰类）
 */
public class FriedRice extends FastFood {

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

    @Override
    public float cost() {
        return getPrice();
    }
}
java 复制代码 
/**
 * @author OldGj 2024/02/25
 * @version v1.0
 * @apiNote 配料类 - 抽象装饰者 继承或实现抽象组件角色并且在成员位置定义一个抽象组件角色
 */
public abstract class Garnish extends FastFood {

    private FastFood fastFood;

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

    public FastFood getFastFood() {
        return fastFood;
    }

    public void setFastFood(FastFood fastFood) {
        this.fastFood = fastFood;
    }
}
java 复制代码 
/**
 * @author OldGj 2024/02/25
 * @version v1.0
 * @apiNote 鸡蛋类 - 具体装饰者
 */
public class Egg extends Garnish {


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

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

    @Override
    public float cost() {
        return getPrice() + getFastFood().cost();
    }
}
java 复制代码 
/**
 * @author OldGj 2024/02/25
 * @version v1.0
 * @apiNote 抽象装饰者类
 */
public class Bacon extends Garnish {

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

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

    @Override
    public float cost() {
        return getPrice() + getFastFood().cost();
    }
}
java 复制代码 
/**
 * @author OldGj 2024/02/25
 * @version v1.0
 * @apiNote 测试类 - 客户端
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {


        FastFood food = new FriedRice();
        System.out.println(food.getDesc() + "\t" + food.cost() + "元");
        System.out.println("-------------------");
        food = new Egg(food);
        System.out.println(food.getDesc() + "\t" + food.cost() + "元");
        System.out.println("-------------------");
        food = new Bacon(food);
        System.out.println(food.getDesc() + "\t" + food.cost() + "元");

    }
}

示例二：

考虑一个简单的例子：制作咖啡。在这个例子中，咖啡是Component，具体的咖啡类型（例如：浓缩咖啡、拿铁、摩卡）是ConcreteComponent，添加的调料（例如：牛奶、糖、巧克力）是Decorator，具体的调料种类（例如：奶泡、焦糖）是ConcreteDecorator。

让我们通过一个简单的Java示例来演示装饰者设计模式。我们将创建一个咖啡店的场景，其中有不同种类的咖啡（具体组件），以及不同种类的调料（具体装饰者）。

首先，我们定义一个接口 Coffee 作为组件，表示咖啡的基本功能：

java 复制代码 
public interface Coffee {
    double cost();
    String getDescription();
}

然后，我们实现具体的咖啡类型，例如 Espresso 和 Latte，它们都实现了 Coffee 接口：

java 复制代码 
public class Espresso implements Coffee {
    @Override
    public double cost() {
        return 1.99;
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return "Espresso";
    }
}

public class Latte implements Coffee {
    @Override
    public double cost() {
        return 2.49;
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return "Latte";
    }
}

接下来，我们创建一个装饰者 CoffeeDecorator，它也实现了 Coffee 接口，并在构造函数中接受一个 Coffee 对象，用于装饰：

java 复制代码 
public abstract class CoffeeDecorator implements Coffee {
    protected Coffee decoratedCoffee;

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

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

    @Override
    public String getDescription() {
        return decoratedCoffee.getDescription();
    }
}

然后，我们创建具体的调料装饰者，例如 Milk 和 Caramel：

java 复制代码 
public class Milk extends CoffeeDecorator {
    public Milk(Coffee decoratedCoffee) {
        super(decoratedCoffee);
    }

    @Override
    public double cost() {
        return super.cost() + 0.5; // 增加牛奶的价格
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return super.getDescription() + ", Milk";
    }
}

public class Caramel extends CoffeeDecorator {
    public Caramel(Coffee decoratedCoffee) {
        super(decoratedCoffee);
    }

    @Override
    public double cost() {
        return super.cost() + 0.7; // 增加焦糖的价格
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return super.getDescription() + ", Caramel";
    }
}

最后，我们可以在客户端代码中使用这些类来创建不同的咖啡组合：

java 复制代码 
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Coffee espresso = new Espresso();
        System.out.println("Cost: " + espresso.cost() + ", Description: " + espresso.getDescription());

        Coffee latteWithMilk = new Milk(new Latte());
        System.out.println("Cost: " + latteWithMilk.cost() + ", Description: " + latteWithMilk.getDescription());

        Coffee latteWithMilkAndCaramel = new Caramel(new Milk(new Latte()));
        System.out.println("Cost: " + latteWithMilkAndCaramel.cost() + ", Description: " + latteWithMilkAndCaramel.getDescription());
    }
}

以上代码将输出：

复制代码 
Cost: 1.99, Description: Espresso
Cost: 2.99, Description: Latte, Milk
Cost: 3.69, Description: Latte, Milk, Caramel

这个示例演示了如何使用装饰者模式来动态地添加调料而不改变咖啡本身的结构，并且可以轻松地组合不同的调料组合。

装饰者模式是一种灵活且强大的设计模式，但它也有一些优点和缺点。

优缺点

优点：

  1. 灵活性：装饰者模式允许动态地为对象添加功能，而无需改变其原始类。这使得我们可以根据需要灵活地组合各种功能，而不会造成类爆炸。

  2. 遵循开放封闭原则：通过装饰者模式，我们可以通过添加新的装饰者来扩展功能，而无需修改现有代码，符合开放封闭原则。

  3. 单一职责原则：每个装饰者类都专注于提供单一的功能，从而遵循了单一职责原则，使得代码更易于维护和理解。

  4. 可重复使用性：由于装饰者模式通过组合的方式提供功能，因此这些装饰者可以被多次重复使用，而不会引入代码重复。

缺点：

  1. 复杂性：装饰者模式可能会导致类的数量增加，特别是在有多个装饰者时，这可能会增加代码的复杂性，使得理解和维护变得困难。

  2. 顺序依赖性：装饰者的添加顺序可能会影响最终的行为，特别是当多个装饰者相互影响时，可能需要谨慎地确定装饰者的添加顺序。

  3. 性能开销：每个装饰者都会增加额外的开销，因为它们通过组合的方式提供功能，而不是通过继承来实现。在一些性能敏感的场景中，这可能会产生一定的性能开销。

综上所述，装饰者模式在需要动态地为对象添加功能而又不想改变其原始类结构时非常有用，但需要权衡其复杂性和性能开销。

使用场景

装饰者模式通常在以下情况下被使用：

  1. 动态地为对象添加功能：当需要在运行时动态地为对象添加额外的功能，而不影响其原始类或修改其代码时，装饰者模式非常有用。例如，在不同的情况下，我们可能需要向咖啡中添加不同的调料，而不需要修改咖啡类本身。

  2. 避免类爆炸：当有许多类似但不完全相同的对象需要被创建时，使用继承可能会导致类爆炸。在这种情况下，装饰者模式可以通过组合的方式来动态地添加功能，而不是通过继承来创建大量子类。

  3. 单一职责原则：装饰者模式可以帮助我们遵循单一职责原则，即一个类应该只负责一个职责。通过将功能拆分成单独的装饰者类，每个类只负责一个功能，从而提高了代码的可维护性和可扩展性。

  4. 开放封闭原则：装饰者模式也有助于遵循开放封闭原则，即对扩展开放，对修改封闭。通过添加新的装饰者类来扩展功能，而不需要修改现有代码。

  5. 需要动态地移除功能：与添加功能类似，装饰者模式也可以用于动态地移除对象的功能。由于装饰者可以根据需要添加或移除，因此在某些情况下，这种动态性非常有用。

  6. 支持嵌套装饰：装饰者模式支持嵌套装饰，即一个装饰者可以装饰另一个装饰者，从而形成复杂的功能组合。

总的来说，装饰者模式适用于需要动态地添加或移除对象功能，并且希望避免类爆炸以及遵循单一职责和开放封闭原则的情况下。它提供了一种灵活且可扩展的方式来组合对象功能，而不需要修改其原始类结构。

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

java 复制代码 
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：

小结：

​ 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。

装饰者模式（Decorator Pattern）和代理模式（Proxy Pattern）的区别：

装饰者模式和代理模式是两种常见的设计模式，它们在实现上有一些区别：

装饰者模式：

  1. 用途：装饰者模式用于动态地为对象添加额外的功能，而不修改其原始类的结构。它通过组合的方式实现功能的添加和组合。

  2. 结构：装饰者模式通常包括一个抽象组件（Component）、具体组件（Concrete Component）、装饰者（Decorator）和具体装饰者（Concrete Decorator）。装饰者维护一个指向组件对象的引用，并实现与组件相同的接口，通过递归调用实现功能的装饰。

  3. 动态性：装饰者模式允许在运行时动态地添加或移除功能，因为装饰者对象可以随时添加到对象上。

代理模式：

  1. 用途：代理模式用于控制对对象的访问。代理通常在客户端和实际对象之间起到中介的作用，可以用于实现延迟加载、访问控制、远程代理等场景。

  2. 结构：代理模式通常包括一个抽象主题（Subject）、具体主题（Real Subject）和代理（Proxy）。代理实现与主题相同的接口，并在内部持有一个真实主题的引用，在方法调用时代理可以在调用前后进行额外的处理。

  3. 目的：代理模式的主要目的是控制对对象的访问，而不是为对象添加功能。代理可以在客户端和实际对象之间提供间接层，从而实现对实际对象的控制。

总结：

  • 装饰者模式用于动态地为对象添加功能，而代理模式用于控制对对象的访问。
  • 装饰者模式通过组合的方式实现功能的添加和组合，而代理模式则通常通过在客户端和实际对象之间添加一个代理对象来实现控制。
  • 装饰者模式主要关注功能的增强和组合，而代理模式主要关注对对象的访问控制。
  • 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
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