设计模式之装饰器模式
一、装饰器模式是什么
装饰器模式是一种结构型设计模式，它允许向一个现有的对象添加新的功能，同时又不改变其结构。简单来说，就是在不修改原有类代码的基础上，为对象动态地添加额外的职责。这就好比给一个人穿上不同的衣服，人还是那个人，但拥有了不同的功能，比如穿上雨衣就能防雨，戴上帽子就能遮阳。
关键要点 1：不改变原有结构
在实际开发中，我们常常会遇到这样的情况：需要为某个类的对象添加一些新的行为或功能，但又不想直接修改该类的代码。这是因为修改原有类可能会引入新的问题，破坏现有的功能，或者违反开闭原则（对扩展开放，对修改关闭）。装饰器模式正是解决这类问题的理想方案。
例如，在一个图形绘制系统中，有一个基本的Shape类用于表示各种形状。现在我们需要为某些形状添加一个边框绘制的功能，如果直接在Shape类中添加绘制边框的方法，那么所有的形状子类都会受到影响，而且后续如果需要移除这个功能，又需要再次修改Shape类的代码。使用装饰器模式，我们可以创建一个BorderDecorator类，专门负责为Shape对象添加边框绘制功能，而无需对Shape类及其子类进行任何修改。
关键要点 2：动态添加功能
装饰器模式的另一个重要特性是能够在运行时动态地为对象添加功能。这意味着我们可以根据不同的场景和需求，灵活地选择为对象添加哪些装饰器。
继续以上述图形绘制系统为例，假设我们有一个圆形Circle对象，在某些情况下，我们可能只需要为它添加一个简单的红色边框，而在另一些情况下，我们可能需要为它添加一个带有阴影效果的蓝色边框。通过装饰器模式，我们可以在运行时根据具体需求，动态地创建不同的装饰器对象，并将它们应用到Circle对象上，从而实现不同的外观效果。
二、装饰器模式的结构
装饰器模式主要包含以下几个角色：
1. 抽象组件（Component）
这是一个抽象类或接口，定义了具体组件和装饰器的共同接口。它声明了被装饰对象所具有的方法，这些方法既可以在具体组件中实现，也可以在装饰器中被增强或扩展。
2. 具体组件（ConcreteComponent）
它是抽象组件的具体实现类，实现了抽象组件中定义的基本功能。在图形绘制系统中，Circle类和Rectangle类等就是具体组件，它们分别实现了绘制圆形和矩形的基本功能。
3. 抽象装饰器（Decorator）
这也是一个抽象类或接口，它继承自抽象组件，并且包含一个指向抽象组件对象的引用。抽象装饰器的主要作用是为具体装饰器提供一个公共的接口，以便在不改变客户端代码的情况下，能够动态地添加或移除装饰器。
4. 具体装饰器（ConcreteDecorator）
具体装饰器是抽象装饰器的具体实现类，它在继承抽象装饰器的基础上，为被装饰对象添加了额外的功能。在图形绘制系统中，BorderDecorator类和ShadowDecorator类等就是具体装饰器，它们分别为形状对象添加了边框绘制和阴影效果等功能。
三、装饰器模式的实现
为了更好地理解装饰器模式的实现过程，我们以一个简单的咖啡店订单系统为例。在这个系统中，我们有不同类型的咖啡（如浓缩咖啡、拿铁咖啡等），并且可以为咖啡添加各种调料（如牛奶、糖、巧克力等）。
1. 定义抽象组件
首先，我们定义一个Coffee接口，作为所有咖啡和调料的抽象组件。
public interface Coffee {
double getCost();
String getDescription();
}2. 实现具体组件
接下来，我们实现Espresso和Latte等具体的咖啡类，它们是Coffee接口的具体实现。
public class Espresso implements Coffee {
@Override
public double getCost() {
return 1.5;
}
@Override
public String getDescription() {
return "Espresso";
}
}
public class Latte implements Coffee {
@Override
public double getCost() {
return 2.0;
}
@Override
public String getDescription() {
return "Latte";
}
}3. 定义抽象装饰器
然后，我们定义一个CondimentDecorator抽象类，它继承自Coffee接口，并且包含一个指向Coffee对象的引用。
public abstract class CondimentDecorator implements Coffee {
protected Coffee coffee;
public CondimentDecorator(Coffee coffee) {
this.coffee = coffee;
}
}4. 实现具体装饰器
最后，我们实现MilkDecorator、SugarDecorator和ChocolateDecorator等具体的调料装饰器类，它们继承自CondimentDecorator抽象类，并为咖啡添加了相应的调料功能。
public class MilkDecorator extends CondimentDecorator {
public MilkDecorator(Coffee coffee) {
super(coffee);
}
@Override
public double getCost() {
return coffee.getCost() + 0.5;
}
@Override
public String getDescription() {
return coffee.getDescription() + ", Milk";
}
}
public class SugarDecorator extends CondimentDecorator {
public SugarDecorator(Coffee coffee) {
super(coffee);
}
@Override
public double getCost() {
return coffee.getCost() + 0.2;
}
@Override
public String getDescription() {
return coffee.getDescription() + ", Sugar";
}
}
public class ChocolateDecorator extends CondimentDecorator {
public ChocolateDecorator(Coffee coffee) {
super(coffee);
}
@Override
public double getCost() {
return coffee.getCost() + 0.8;
}
@Override
public String getDescription() {
return coffee.getDescription() + ", Chocolate";
}
}5. 使用装饰器模式
在客户端代码中，我们可以使用装饰器模式来创建各种不同的咖啡订单。
public class CoffeeShop {
public static void main(String[] args) {
Coffee espresso = new Espresso();
System.out.println(espresso.getDescription() + " costs $" + espresso.getCost());
Coffee latteWithMilk = new MilkDecorator(new Latte());
System.out.println(latteWithMilk.getDescription() + " costs $" + latteWithMilk.getCost());
Coffee espressoWithSugarAndChocolate = new ChocolateDecorator(new SugarDecorator(new Espresso()));
System.out.println(espressoWithSugarAndChocolate.getDescription() + " costs $" + espressoWithSugarAndChocolate.getCost());
}
}运行上述代码，输出结果如下：
Espresso costs $1.5
Latte, Milk costs $2.5
Espresso, Sugar, Chocolate costs $2.5四、装饰器模式的优点
1. 遵循开闭原则
装饰器模式允许我们在不修改原有类代码的情况下，为对象添加新的功能。这使得系统具有更好的扩展性和维护性，当需要添加新的功能时，我们只需要创建一个新的装饰器类，而无需对现有类进行修改。
2. 灵活性高
通过动态地组合装饰器，我们可以根据不同的需求为对象添加不同的功能。这种灵活性使得装饰器模式在很多场景下都非常适用，例如在图形界面开发中，可以为不同的组件添加各种不同的特效和样式。
3. 避免子类爆炸
如果不使用装饰器模式，为了实现不同的功能组合，我们可能需要创建大量的子类。而使用装饰器模式，我们可以通过组合不同的装饰器来实现相同的效果，从而避免了子类数量的急剧增加。
五、装饰器模式的缺点
1. 多层装饰可能导致复杂度增加
当我们对一个对象进行多层装饰时，代码的可读性和维护性可能会受到一定的影响。因为在多层装饰的情况下，很难直观地了解对象最终的功能和行为。
2. 装饰器与被装饰对象之间的关系可能不够清晰
在某些情况下，装饰器和被装饰对象之间的关系可能不够清晰，这可能会给开发人员带来一定的理解和调试困难。
六、装饰器模式的应用场景
1. Java I/O 流
Java 的 I/O 流库是装饰器模式的一个经典应用。例如，BufferedInputStream和DataInputStream等类都是InputStream的装饰器。通过使用不同的装饰器，我们可以为输入流添加缓冲、数据转换等功能。
InputStream fileInputStream = new FileInputStream("example.txt");
InputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(fileInputStream);
DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(bufferedInputStream);2. 图形界面开发
在图形界面开发中，我们可以使用装饰器模式为各种组件添加不同的特效和样式。例如，为按钮添加阴影效果、为文本框添加边框等。
3. 游戏开发
在游戏开发中，装饰器模式可以用于为游戏角色添加各种不同的能力和装备。例如，为角色添加飞行能力、增加攻击力的武器等。
七、总结
装饰器模式是一种非常强大且灵活的设计模式，它通过在不改变原有类结构的基础上，为对象动态地添加新的功能，使得我们的代码更加符合开闭原则，具有更好的扩展性和维护性。虽然装饰器模式在某些情况下可能会带来一些复杂度，但只要我们合理地使用它，就能够在软件开发中发挥出巨大的作用。
希望通过本文的介绍，你对装饰器模式有了更深入的理解，并能够在实际项目中灵活运用这一设计模式。如果你对装饰器模式还有其他疑问或想法，欢迎在评论区留言讨论。
原文地址：https://blog.csdn.net/dengdeng333/article/details/145122664
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