裝飾器模式

裝飾器模式又稱為包裝（Wrapper）模式。裝飾器模式以多客戶端透明的方式擴(kuò)展對(duì)象的功能，是繼承關(guān)系的一個(gè)替代方案。

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裝飾器模式的結(jié)構(gòu)

通常給對(duì)象添加功能，要么直接修改對(duì)象添加相應(yīng)的功能，要么派生子類來(lái)擴(kuò)展，抑或是使用對(duì)象組合的方式。顯然，直接修改對(duì)應(yīng)的類的方式并不可取，在面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)中，我們應(yīng)該盡量使用組合對(duì)象而不是繼承對(duì)象來(lái)擴(kuò)展和復(fù)用功能，裝飾器模式就是基于對(duì)象組合的方式的。

裝飾器模式以對(duì)客戶端透明的方式動(dòng)態(tài)地給一個(gè)對(duì)象附加上了更多的責(zé)任。換言之，客戶端并不會(huì)角色對(duì)象在裝飾前和裝飾后有什么不同。裝飾器模式可以在不用創(chuàng)建更多子類的情況下，將對(duì)象的功能加以擴(kuò)展。

裝飾器模式中的角色有：

1、抽象構(gòu)件角色

給出一個(gè)抽象接口，以規(guī)范準(zhǔn)備接受附加責(zé)任的對(duì)象

2、具體構(gòu)件角色

定義一個(gè)將要接受附加責(zé)任的類

3、裝飾角色

持有一個(gè)構(gòu)建對(duì)象的實(shí)例，并定義一個(gè)與抽象構(gòu)件接口一致的接口

4、具體裝飾角色

負(fù)責(zé)給構(gòu)建對(duì)象貼上附加的責(zé)任

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裝飾器模式的例子

現(xiàn)在有這么一個(gè)場(chǎng)景：

1、有一批廚師，簡(jiǎn)單點(diǎn)吧，就全是中國(guó)廚師，他們有一個(gè)共同的動(dòng)作是做晚飯

2、這批廚師做晚飯前的習(xí)慣不同，有些人喜歡做晚飯前洗手、有些人喜歡做晚飯前洗頭

那么，按照裝飾器模式，先抽象出抽象構(gòu)建角色，Cook接口：

public interface Cook {public void cookDinner();}

具體構(gòu)建角色，中國(guó)廚師：

public class ChineseCook implements Cook {@Overridepublic void cookDinner() {System.out.println("中國(guó)人做晚飯");}}

定義一個(gè)裝飾器角色，具體的工作具體裝飾器去實(shí)現(xiàn)，這樣，比如美國(guó)廚師做晚飯前也先洗手或者先洗頭，這兩個(gè)動(dòng)作就可以做到復(fù)用，裝飾器角色定義為FilterCook，很簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)Cook接口并持有Cook的引用：

public abstract class FilterCook implements Cook {protected Cook cook;}

最后定義一個(gè)具體裝飾角色，該洗手的洗手，該洗頭的洗頭：

public class WashHandsCook extends FilterCook {public WashHandsCook(Cook cook) {this.cook = cook;}@Overridepublic void cookDinner() {System.out.println("先洗手");cook.cookDinner();}} public class WashHearCook extends FilterCook {public WashHearCook(Cook cook) {this.cook = cook;}@Overridepublic void cookDinner() {System.out.println("先洗頭");cook.cookDinner();}}

調(diào)用方這么實(shí)現(xiàn)：

@Test public void testDecorate() {Cook cook0 = new WashHandsCook(new ChineseCook());Cook cook1 = new WashHearCook(new ChineseCook());cook0.cookDinner();cook1.cookDinner(); }

運(yùn)行結(jié)果為：

先洗手 中國(guó)人做飯 先洗頭 中國(guó)人做飯

簡(jiǎn)單的一個(gè)例子，實(shí)現(xiàn)了裝飾器模式的兩個(gè)功能點(diǎn)：

客戶端只定義了Cook接口，并不關(guān)心具體實(shí)現(xiàn)

給Chinese增加上了洗頭和洗手的動(dòng)作，且洗頭和洗手的動(dòng)作，可以給其他國(guó)家的廚師類復(fù)用

這就是裝飾器模式。

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裝飾器模式與Java字節(jié)輸入流InputStream

上面的例子可能寫(xiě)得不是很清楚，因此這里再繼續(xù)用代碼示例講解裝飾器模式。

裝飾器模式在Java體系中的經(jīng)典應(yīng)用是Java I/O，下面先講解字節(jié)輸入流InputStream，再講解字符輸入流Reader，希望可以通過(guò)這兩種輸入流的講解，加深對(duì)于裝飾器模式的理解。

首先看一下字節(jié)輸入流InputStream的類結(jié)構(gòu)體系：

InputStream是一個(gè)頂層的接口，文章開(kāi)頭就說(shuō)，裝飾器模式是繼承關(guān)系的一種替代方案，看一下為什么：

InputStream假設(shè)這里寫(xiě)了兩個(gè)實(shí)現(xiàn)類，FileInputStream，ObjectInputStream分別表示文件字節(jié)輸入流，對(duì)象字節(jié)輸入流

現(xiàn)在我要給這兩個(gè)輸入流加入一點(diǎn)緩沖功能以提高輸入流效率，使用繼承的方式，那么就寫(xiě)一個(gè)BufferedInputStream，繼承FileInputStream，ObjectInputStream，給它們加功能

現(xiàn)在我有另外一個(gè)需求，需要給這兩個(gè)輸入流加入一點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)功能，那么就寫(xiě)一個(gè)SocketInputStream，繼承繼承FileInputStream，ObjectInputStream，給它們加功能

這樣就導(dǎo)致兩個(gè)問(wèn)題：

因?yàn)槲乙o哪個(gè)類加功能就必須繼承它，比如我要給FileInputStream，ObjectInputStream加上緩沖功能、網(wǎng)絡(luò)功能就得擴(kuò)展出2*2=4個(gè)類，更多的以此類推，這樣勢(shì)必導(dǎo)致類數(shù)量不斷膨脹

代碼無(wú)法復(fù)用，給FileInputStream，ObjectInputStream加入緩沖功能，本身代碼應(yīng)該是一樣的，現(xiàn)在卻必須繼承完畢后把一樣的代碼重寫(xiě)一遍，多此一舉，代碼修改的時(shí)候必須修改多個(gè)地方，可維護(hù)性很差

所以，這個(gè)的時(shí)候我們就想到了一種解決方案：

在要擴(kuò)展的類比如BufferedInputStream中持有一個(gè)InputStream的引用，在BufferedInputStream調(diào)用InputStream中的方法，這樣擴(kuò)展的代碼就可以復(fù)用起來(lái)

將BufferedInputStream作為InputStream的子類，這樣客戶端只知道我用的是InputStream而不需要關(guān)心具體實(shí)現(xiàn)，可以在客戶端不知情的情況下，擴(kuò)展InputStream的功能，加上緩沖功能

這就是裝飾器模式簡(jiǎn)單的由來(lái)，一切都是為了解決實(shí)際問(wèn)題而誕生。下一步，根據(jù)UML圖，我們來(lái)劃分一下裝飾器模式的角色。

1、InputStream是一個(gè)抽象構(gòu)件角色：

public abstract class InputStream implements Closeable {// SKIP_BUFFER_SIZE is used to determine the size of skipBufferprivate static final int SKIP_BUFFER_SIZE = 2048;// skipBuffer is initialized in skip(long), if needed.private static byte[] skipBuffer;... }

2、ByteArrayInputStream、FileInputStream、ObjectInputStream、PipedInputStream都是具體構(gòu)建角色，比如FileInputStream，它的聲明是：

public class FileInputStream extends InputStream {/* File Descriptor - handle to the open file */private FileDescriptor fd;private FileChannel channel = null;... }

3、FilterInputStream無(wú)疑就是一個(gè)裝飾角色，因?yàn)镕ilterInputStream實(shí)現(xiàn)了InputStream內(nèi)的所有抽象方法并且持有一個(gè)InputStream的引用：

public class FilterInputStream extends InputStream {/*** The input stream to be filtered. */protected volatile InputStream in;... }

4、具體裝飾角色就是InflaterInputStream、BufferedInputStream、DataInputStream，比如BufferedInputStream的聲明就是：

public class BufferedInputStream extends FilterInputStream {private static int defaultBufferSize = 8192;/*** The internal buffer array where the data is stored. When necessary,* it may be replaced by another array of* a different size.*/protected volatile byte buf[];... }

搞清楚具體角色之后，我們就可以這么寫(xiě)了：

public static void main(String[] args) throws Exception {File file = new File("D:/aaa.txt");InputStream in0 = new FileInputStream(file);InputStream in1 = new BufferedInputStream(new FileInputStream(file)); InputStream in2 = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(file))); }

我們這里實(shí)例化出了三個(gè)InputStream的實(shí)現(xiàn)類：

in0這個(gè)引用指向的是new出來(lái)的FileInputStream，這里簡(jiǎn)單構(gòu)造出了一個(gè)文件字節(jié)輸入流

in1這個(gè)引用指向的是new出來(lái)的BufferedInputStream，它給FileInputStream增加了緩沖功能，使得FileInputStream讀取文件的內(nèi)容保存在內(nèi)存中，以提高讀取的功能

in2這個(gè)引用指向的是new出來(lái)的DataInputStream，它也給FileInputStream增加了功能，因?yàn)樗蠨ataInputStream和BufferedInputStream兩個(gè)附加的功能

同理，我要給ByteArrayInputStream、ObjectInputStream增加功能，也可以使用類似的方法，整個(gè)過(guò)程中，最重要的是要理解幾個(gè)問(wèn)題：

哪些是具體構(gòu)建角色、哪些是具體裝飾角色，尤其是后者，區(qū)分的關(guān)鍵就是，角色中是否持有頂層接口的引用

每個(gè)具體裝飾角色有什么作用，因?yàn)橹挥兄烂總€(gè)具體裝飾角色有什么作用后，才可以知道要裝飾某個(gè)功能需要用哪個(gè)具體裝飾角色

使用構(gòu)造方法的方式將類進(jìn)行組合，給具體構(gòu)建角色加入新的功能

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裝飾器模式與Java字符輸入流Reader

看完了上面的解讀，相信大家對(duì)于裝飾器模式應(yīng)當(dāng)有了一定的理解，那么再來(lái)看一下Java字符輸入流Reader，來(lái)加深對(duì)于裝飾器模式的印象。

簡(jiǎn)單看一下Reader的類體系結(jié)構(gòu)：

根據(jù)UML，分析一下每個(gè)角色：

1、抽象構(gòu)建角色

毫無(wú)疑問(wèn)，由Reader來(lái)扮演，它是一個(gè)抽象類，沒(méi)有具體功能

2、具體構(gòu)建角色

由InputStreamReader、CharArrayReader、PipedReader、StringReader來(lái)扮演

3、裝飾角色

由FilterReader來(lái)扮演，但是這里要提一下這個(gè)BufferedReader，它本身也可以作為裝飾角色出現(xiàn)，看一下BufferedReader的繼承關(guān)系：

public class BufferedReader extends Reader {private Reader in;private char cb[];private int nChars, nextChar;private static final int INVALIDATED = -2;private static final int UNMARKED = -1;private int markedChar = UNMARKED;... }

看到BufferedReader是Reader的子類，且持有Reader的引用，因此這里的BufferedReader是可以被認(rèn)為是一個(gè)裝飾角色的。

4、具體裝飾角色

BufferedReader上面提到了扮演了裝飾角色，但是也可以被認(rèn)為是一個(gè)具體裝飾角色。除了BufferedReader，具體裝飾角色還有PushbackReader。FileReader盡管也在第三行，但是FileReader構(gòu)不成一個(gè)具體裝飾角色，因?yàn)樗皇荁ufferedReader的子類也不是FilterReader的子類，不持有Reader的引用。

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半透明裝飾器模式與全透明裝飾器模式

再說(shuō)一下半透明裝飾器模式與全透明裝飾器模式，它們的區(qū)別是：

對(duì)于半透明裝飾器模式，裝飾后的類未必有和抽象構(gòu)件角色同樣的接口方法，它可以有自己擴(kuò)展的方法

對(duì)于全透明裝飾器模式，裝飾后的類有著和抽象構(gòu)件角色同樣的接口方法

全透明裝飾器模式是一種比較理想主義的想法，現(xiàn)實(shí)中不太可能出現(xiàn)。

比如BufferedInputStream吧，我把FileInputStream裝飾為BufferedInputStream，難道BufferedInputStream就完全沒(méi)有自己的行為？比如返回緩沖區(qū)的大小、清空緩沖區(qū)（這里只是舉個(gè)例子，實(shí)際BufferedInputStream是沒(méi)有這兩個(gè)動(dòng)作的），這些都是InputStream本身不具備的，因?yàn)镮nputStream根本不知道緩沖區(qū)這個(gè)概念，它只知道定義讀數(shù)據(jù)相關(guān)方法。

所以，更多的我們是采用半透明的裝飾器模式，即允許裝飾后的類中有屬于自己的方法，因此，前面的I/O代碼示例可以這么改動(dòng)：

public static void main(String[] args) throws Exception {File file = new File("D:/aaa.txt");FileInputStream in0 = new FileInputStream(file);BufferedInputStream in1 = new BufferedInputStream(new FileInputStream(file)); DataInputStream in2 = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(file))); }

這樣才更有現(xiàn)實(shí)意義。

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裝飾器模式的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

1、裝飾器模式與繼承關(guān)系的目的都是要擴(kuò)展對(duì)象的功能，但是裝飾器模式可以提供比繼承更多的靈活性。裝飾器模式允許系統(tǒng)動(dòng)態(tài)決定貼上一個(gè)需要的裝飾，或者除掉一個(gè)不需要的裝飾。繼承關(guān)系是不同，繼承關(guān)系是靜態(tài)的，它在系統(tǒng)運(yùn)行前就決定了

2、通過(guò)使用不同的具體裝飾器以及這些裝飾類的排列組合，設(shè)計(jì)師可以創(chuàng)造出很多不同的行為組合

缺點(diǎn)

由于使用裝飾器模式，可以比使用繼承關(guān)系需要較少數(shù)目的類。使用較少的類，當(dāng)然使設(shè)計(jì)比較易于進(jìn)行。但是另一方面，由于使用裝飾器模式會(huì)產(chǎn)生比使用繼承關(guān)系更多的對(duì)象，更多的對(duì)象會(huì)使得查錯(cuò)變得困難，特別是這些對(duì)象看上去都很像。

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裝飾器模式和適配器模式的區(qū)別

其實(shí)適配器模式也是一種包裝（Wrapper）模式，它們看似都是起到包裝一個(gè)類或?qū)ο蟮淖饔?#xff0c;但是它們使用的目的非常不一樣：

1、適配器模式的意義是要將一個(gè)接口轉(zhuǎn)變成另外一個(gè)接口，它的目的是通過(guò)改變接口來(lái)達(dá)到重復(fù)使用的目的

2、裝飾器模式不要改變被裝飾對(duì)象的接口，而是恰恰要保持原有的借口哦，但是增強(qiáng)原有接口的功能，或者改變?cè)袑?duì)象的處理方法而提升性能

所以這兩種設(shè)計(jì)模式的目的是不同的。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java设计模式12：装饰器模式的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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