设计模式之【装饰者模式】，实现“穿衣打扮”自由原来这么简单

2023-05-16

文章目录

一、什么是装饰者模式
- 1、装饰者模式原理
- 2、装饰者模式四大角色
- 3、代理、桥接、装饰器、适配器 4 种设计模式的区别
- 4、装饰者模式的应用场景
- 5、装饰者模式和代理模式的对比
- 6、装饰者模式优缺点
- 7、抽象装饰器（Decorator）是必需的吗
二、实例1-煎饼
- 使用装饰者模式优化代码
三、实例2-日志
四、JDK中IO流对装饰者模式的使用
参考资料

一、什么是装饰者模式

装饰者模式（Decorator Pattern），也称为包装模式（Wrapper Pattern）、装饰器模式，是指在不改变原有对象的基础之上，将功能附加到对象上，提供了比继承更有弹性的替代方案（扩展原有对象的功能），属于结构型模式。

在 GoF 的《设计模式》一书中，对装饰者模式是这样理解的：动态地给一个对象添加一些额外的职责，就增加功能来说，装饰者模式相比生成子类更灵活。

装饰者模式的核心是扩展功能。使用装饰者模式可以透明且动态地扩展类的功能。

装饰器模式主要解决继承关系过于复杂的问题，通过组合来替代继承。它主要的作用是给原始类添加增强功能。这也是判断是否该用装饰器模式的一个重要的依据。除此之外，装饰器模式还有一个特点，那就是可以对原始类嵌套使用多个装饰器。为了满足这个应用场景，在设计的时候，装饰器类需要跟原始类继承相同的抽象类或者接口。

1、装饰者模式原理

装饰者模式主要用于透明且动态地扩展类的功能。

其实现原理为：让装饰器实现被包装类（ConcreteComponent）和相同的接口（Component）（使得装饰器与被扩展类类型一致），并在构造函数中传入该接口（Component）对象，然后就可以在接口需要实现的方法中在被包装类对象的现有个功能上添加新功能了。而且由于装饰器与被包装类属于同一类型（均为Component），且构造函数的参数为其实现接口类（Component），因此装饰器模式具备嵌套扩展功能，这样我们就能使用装饰器模式一层一层的对最底层被包装类进行功能扩展了。

2、装饰者模式四大角色

从UML类图中，我们可以看到，装饰者模式主要包含四种角色：
在这里插入图片描述
抽象组件（Component）：可以是一个接口或者抽象类，其充当被装饰类的原始对象，规定了被装饰对象的行为；

具体组件（ConcreteComponent）：实现/继承Component的一个具体对象，也即被装饰对象；

抽象装饰器（Decorator）：通用的装饰ConcreteComponent的装饰器，其内部必然有一个属性指向Component抽象组件；其实现一半是一个抽象类，主要是为了让其子类按照其构造形式传入一个Component抽象组件，这是强制的通用行为（当然，如果系统中装饰逻辑单一，并不需要实现许多装饰器，那么我们可以直接忽略该类，而直接实现一个具体装饰器（ConcreteDecorator）即可）；

具体装饰器（ConcreteDecorator）：Decorator的具体实现类，理论上，每个ConcreteDecorator都扩展了Component对象的一种功能。

装饰者模式角色分配符合设计模式里氏替换原则、依赖倒置原则，从而使得其具备很强的扩展性，最终满足开闭原则。

3、代理、桥接、装饰器、适配器 4 种设计模式的区别

代理、桥接、装饰器、适配器，这 4 种模式是比较常用的结构型设计模式。它们的代码结构非常相似。笼统来说，它们都可以称为 Wrapper 模式，也就是通过 Wrapper 类二次封装原始类。

尽管代码结构相似，但这 4 种设计模式的用意完全不同，也就是说要解决的问题、应用场景不同，这也是它们的主要区别。这里我就简单说一下它们之间的区别。

代理模式：代理模式在不改变原始类接口的条件下，为原始类定义一个代理类，主要目的是控制访问，而非加强功能，这是它跟装饰器模式最大的不同。

桥接模式：桥接模式的目的是将接口部分和实现部分分离，从而让它们可以较为容易、也相对独立地加以改变。

装饰器模式：装饰者模式在不改变原始类接口的情况下，对原始类功能进行增强，并且支持多个装饰器的嵌套使用。

适配器模式：适配器模式是一种事后的补救策略。适配器提供跟原始类不同的接口，而代理模式、装饰器模式提供的都是跟原始类相同的接口。

4、装饰者模式的应用场景

装饰者模式在我们生活中应用很广，比如说煎饼加鸡蛋加肠，给蛋糕加水果，给房子装修等等，为对象扩展一些额外的职责。装饰器在代码程序中适用于以下场景：
（1）用于扩展一个类的功能或给一个类添加附加职责。
（2）动态的给一个对象添加功能，这些功能可以再动态的撤销。
（3）需要为一批的兄弟类进行改装或加装功能。

5、装饰者模式和代理模式的对比

我们看一下代理模式的UML类图：
在这里插入图片描述
从代理模式的UML类图和通用代码实现上看，代理模式与装饰者模式几乎一模一样。代理模式的Subject对应装饰者模式的Component，代理模式的RealSubject对应装饰者模式的ConcreteComponent，代理模式的Proxy对应装饰器模式的Decorator。确实，从代码实现上看，代理模式的确与装饰者模式是一样的（其实装饰者模式就是代理模式的一个特殊应用），但是这两种设计模式所面向的功能扩展面是不一样的：

装饰者模式强调自身功能的扩展。Decorator所做的就是增强ConcreteComponent的功能（也有可能减弱功能），主体对象为ConcreteComponent，着重类功能的变化；

代理模式强调对代理过程的控制。Proxy完全掌握对RealSubject的访问控制，因此，Proxy可以决定对RealSubject进行功能扩展，功能缩减甚至功能散失（不调用RealSubject方法），主体对象为Proxy；

简单来讲，假设现在小明想租房，那么势必会有一些事务发生：房源搜索、联系房东谈价格……
假设我们按照代理模式进行思考，那么小明只需找到一个房产中介，让他去干房源搜索，联系房东谈价格这些事情，小明只需等待通知然后付点中介费就行了；
而如果采用装饰器模式进行思考，因为装饰器模式强调的是自身功能扩展，也就是说，如果要找房子，小明自身就要增加房源搜索能力扩展，联系房东谈价格能力扩展，通过相应的装饰器，提升自身能力，一个人做满所有的事情。

6、装饰者模式优缺点

优点：
1.装饰器是继承的有力补充，比继承灵活，不改变原有对象的情况下动态地给一个对象扩展功能，即插即用。
2.通过使用不同装饰类以及这些装饰类的排列组合，可以实现不同效果。
3.装饰器完全遵守开闭原则。

缺点：
1.会出现更多的代码，更多的类，增加程序复杂性。
2.动态装饰时，多层装饰时会更复杂。

7、抽象装饰器（Decorator）是必需的吗

不是必须的，抽象装饰器的本质就是将附加功能抽离出来，简化原有逻辑，可以根据业务模型，可选择的忽略抽象装饰器。

二、实例1-煎饼

很多小伙伴喜欢逛街吃小吃，此时我们有这样一个需求：一个煎饼摊，煎饼可以加鸡蛋、加香肠，计算最终的价格，我们如何实现？

创建一个煎饼类：

public class Battercake {

    protected String getMsg(){ return "煎饼";}

    public int getPrice(){ return 5;}
}

加一个鸡蛋：

public class BattercakeWithEgg extends Battercake {

    protected String getMsg(){ return super.getMsg() + "+1个鸡蛋";}

    public int getPrice(){ return super.getPrice() + 1;}

}

即加鸡蛋又加香肠：

public class BattercakeWithEggAndSauage extends BattercakeWithEgg {

    protected String getMsg(){ return super.getMsg() + "+1根香肠";}

    public int getPrice(){ return super.getPrice() + 2;}

}

此时的类继承关系如下：
在这里插入图片描述
测试类：

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        Battercake battercake = new Battercake();
        System.out.println(battercake.getMsg() + ",总价：" + battercake.getPrice());

        BattercakeWithEgg battercakeWithEgg = new BattercakeWithEgg();
        System.out.println(battercakeWithEgg.getMsg() + ",总价：" + battercakeWithEgg.getPrice());

        BattercakeWithEggAndSauage battercakeWithEggAndSauage = new BattercakeWithEggAndSauage();
        System.out.println(battercakeWithEggAndSauage.getMsg() + ",总价：" + battercakeWithEggAndSauage.getPrice());
    }

}

运行结果是没有问题的，但是，如果客户想要只加香肠，或者加辣条等等，那么我们的工作量无疑是很大的。

此时，用装饰器模式可以完美解决这个问题。

使用装饰者模式优化代码

// 煎饼抽象类，或者接口
public abstract class Battercake {

    protected abstract String getMsg();

    protected abstract int getPrice();
}
// 煎饼基础套餐（什么也不包装，什么也不加）
public class BaseBattercake extends Battercake{

    protected String getMsg(){ return "煎饼";}

    public int getPrice(){ return 5;}

}

此时，需要创建一个扩展套餐的抽象装饰器：

public class BattercakeDecorator extends Battercake{

    private Battercake battercake;

    public BattercakeDecorator(Battercake battercake) {
        this.battercake = battercake;
    }

    protected String getMsg(){ return this.battercake.getMsg();}

    public int getPrice(){ return this.battercake.getPrice();}
}

// 鸡蛋装饰器
public class EggDecorator extends BattercakeDecorator{

    public EggDecorator(Battercake battercake) {
        super(battercake);
    }
    protected String getMsg(){ return super.getMsg() + "1个鸡蛋";}

    public int getPrice(){ return super.getPrice() + 1;}
}

// 香肠装饰器
public class SauageDecorator extends BattercakeDecorator{

    public SauageDecorator(Battercake battercake) {
        super(battercake);
    }
    protected String getMsg(){ return super.getMsg() + "1根香肠";}

    public int getPrice(){ return super.getPrice() + 2;}
}

// 测试类
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Battercake battercake;
		// 基础套餐
        battercake = new BaseBattercake();
		// 加鸡蛋
        battercake = new EggDecorator(battercake);
		// 再加一个鸡蛋
        battercake = new EggDecorator(battercake);
		// 加香肠
        battercake = new SauageDecorator(battercake);

        System.out.println(battercake.getMsg() + ",总价" + battercake.getPrice());

    }
}

在这里插入图片描述

三、实例2-日志

假如说我们现有的框架是使用Slf4j+log4j2 实现的，但是现有的日志体系打印出的结果是一段没有任何格式的字符串：

Logger logger = LoggerFactory.getLogger(clazz);
logger.info("测试内容");

我们想将打印的结果转成json格式，就需要采用装饰器模式了。

定义装饰器类，实现顶层Logger接口：

public class LoggerDecorator implements Logger {

    protected Logger logger;

    public LoggerDecorator(Logger logger) {
        this.logger = logger;
    }

    public void info(String s) {

    }
    // 省略其他实现
}

创建装饰器实现类：

public class JsonLogger extends LoggerDecorator {
    public JsonLogger(Logger logger) {
        super(logger);
    }

    @Override
    public void info(String s) {
        JSONObject result = newJsonObject();
        result.put("message",s);
        logger.info(result.toString());
    }

    @Override
    public void error(String s) {
        JSONObject result = newJsonObject();
        result.put("message",s);
        logger.info(result.toString());
    }
    @Override
    public void error(String s, Throwable e){
        JSONObject result = newJsonObject();
        result.put("exception",e.getClass().getName());
        String trace = Arrays.toString(e.getStackTrace());
        result.put("starckTrace",trace);
        logger.info(result.toString());
    }

    private JSONObject newJsonObject(){
        return new JSONObject();
    }
}

在JsonLogger中，对于Logger的各种接口，我们都用JsonObject进行封装，最终还是调用logger.info，只是这个字符串被我们装饰过

定义一个工厂类，方便使用：

public class JsonLoggerFactory {

    public static JsonLogger getLogger(Class clazz){
        Logger logger = LoggerFactory.getLogger(clazz);
        return new JsonLogger(logger);
    }
}

public class Test {
    private static final Logger logger = JsonLoggerFactory.getLogger(Test.class);

    public static void main(String[] args) {
        logger.error("系统错误");

        try {
            int i = 1/0;

        } catch (Exception e) {
            logger.error("异常", e);
        }

    }
}

在这里插入图片描述

四、JDK中IO流对装饰者模式的使用

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

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：

在这里插入图片描述
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。

参考资料

http://www.uml.org.cn/sjms/202105262.asp

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