Java 设计模式：装饰者模式详解

装饰者模式（Decorator Pattern）是一种结构型设计模式，它通过动态地为对象添加新功能，扩展其行为，而无需修改原有类的代码。装饰者模式遵循"开闭原则"，提供了比继承更灵活的扩展方式。本文将介绍装饰者模式的定义、实现方式及其在 Java 中的应用。

1. 什么是装饰者模式？

装饰者模式的核心思想是：通过将对象包装在一个装饰类中，为其动态添加职责或功能。它适合需要透明、灵活地增强对象行为的场景，如逐步增加功能或组合多种行为。

模式结构

抽象组件（Component）：定义基础对象的接口，声明核心方法。
具体组件（Concrete Component）：实现抽象组件，提供基本功能。
抽象装饰者（Decorator）：实现抽象组件接口，持有组件对象的引用，定义装饰行为。
具体装饰者（Concrete Decorator）：为组件添加具体功能。

2. 装饰者模式的实现方式

以下是一个示例：模拟一个咖啡店系统，客户可以为咖啡添加多种配料（如奶泡、糖浆），动态计算价格。

2.1 定义抽象组件

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public interface Coffee {
    String getDescription(); // 获取描述
    double getCost();       // 获取价格
}

2.2 实现具体组件

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public class SimpleCoffee implements Coffee {
    @Override
    public String getDescription() {
        return "简单咖啡";
    }

    @Override
    public double getCost() {
        return 10.0;
    }
}

2.3 定义抽象装饰者

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public abstract class CoffeeDecorator implements Coffee {
    protected Coffee coffee; // 持有被装饰的对象

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

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

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

2.4 实现具体装饰者

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public class MilkFoamDecorator extends CoffeeDecorator {
    public MilkFoamDecorator(Coffee coffee) {
        super(coffee);
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return coffee.getDescription() + ", 加奶泡";
    }

    @Override
    public double getCost() {
        return coffee.getCost() + 3.0;
    }
}

public class SyrupDecorator extends CoffeeDecorator {
    public SyrupDecorator(Coffee coffee) {
        super(coffee);
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return coffee.getDescription() + ", 加糖浆";
    }

    @Override
    public double getCost() {
        return coffee.getCost() + 2.0;
    }
}

2.5 客户端使用

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public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 基础咖啡
        Coffee coffee = new SimpleCoffee();
        System.out.println(coffee.getDescription() + " 价格: " + coffee.getCost());

        // 添加奶泡
        coffee = new MilkFoamDecorator(coffee);
        System.out.println(coffee.getDescription() + " 价格: " + coffee.getCost());

        // 再添加糖浆
        coffee = new SyrupDecorator(coffee);
        System.out.println(coffee.getDescription() + " 价格: " + coffee.getCost());
    }
}

输出结果

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简单咖啡 价格: 10.0
简单咖啡, 加奶泡 价格: 13.0
简单咖啡, 加奶泡, 加糖浆 价格: 15.0

3. 装饰者模式的优缺点

优点

灵活扩展：动态添加功能，无需修改原有类，符合"开闭原则"。
职责分离：每个装饰者专注于单一功能，代码清晰。
可组合：支持多次装饰，组合多种行为。

缺点

类数量增加：每个新功能都需要一个装饰类，可能导致类爆炸。
调试复杂：多层装饰可能增加调试难度。
创建成本：动态包装可能带来轻微性能开销。

4. 实际应用场景

Java I/O 流 ：Java 的 InputStream 和 OutputStream 使用装饰者模式。
GUI 组件：如 Swing 中为组件动态添加边框或滚动条。
日志增强：为日志系统添加时间戳、格式化等功能。

示例：Java I/O 流中的装饰者

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InputStream inputStream = new FileInputStream("test.txt");
InputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(inputStream); // 装饰

BufferedInputStream 是一个装饰者，增强了 FileInputStream 的性能。

5. 与其他模式的区别

适配器模式：转换接口以兼容不匹配的类；装饰者模式增强功能，保持接口一致。
代理模式：控制对象访问；装饰者模式关注功能扩展。
策略模式：动态替换算法；装饰者模式动态叠加行为。

6. 使用装饰者模式的注意事项

保持接口一致：装饰者和组件必须实现同一接口，确保客户端透明使用。
避免过度装饰：过多的装饰层可能导致代码难以维护。
考虑性能：在高性能场景下，评估装饰的开销。

7. 总结

装饰者模式通过动态包装对象，提供了一种灵活的功能扩展方式。它特别适合需要组合多种行为的场景，如咖啡配料、I/O 流处理等。在 Java 中，装饰者模式广泛应用于标准库和框架设计，体现了面向对象设计的优雅。掌握这一模式，能让你的代码更模块化、可扩展。

希望这篇博文能帮助你理解装饰者模式的精髓！如果有其他设计模式相关问题，欢迎留言讨论。