Java设计模式-装饰者模式Decorator

介绍

装饰者模式的核心思想是通过创建一个装饰对象（即装饰者），动态扩展目标对象的功能，并且不会改变目标对象的结构，提供了一种比继承更灵活的替代方案。需要注意的是，装饰对象要与目标对象实现相同的接口，或继承相同的抽象类；

另外装饰对象需要持有目标对象的引用作为成员变量，而具体的赋能任务往往通过带参构造方法来完成。

结构

装饰者模式包含四种类，分别是抽象构件类、具体构件类、抽象装饰者类、具体装饰者类，它们各自负责完成特定任务，并且相互之间存在紧密联系。

使用

有了上述的基本概念，我们将装饰者模式的使用步骤概括为：

1. 创建抽象构件类，定义目标对象的抽象类、将要扩展的功能定义成抽象方法；
2. 创建具体构件类，定义目标对象的实现类，实现抽象构件中声明的抽象方法；
3. 创建抽象装饰者类，维护一个指向抽象构件的引用，并传入构造函数以调用具体构件的实现方法，给具体构件增加功能；
4. 创建具体装饰者类，可以调用抽象装饰者类中定义的方法，并定义若干个新的方法，扩展目标对象的功能。

使用案例

我们在淘宝上购物时，经常会遇到很多平台和商家的优惠活动：满减、聚划算站内的百亿补贴券、店铺折扣等等。那么在商品自身原价的基础上，叠加了多种优惠活动后，后台应该怎样计算最终的下单结算金额呢？下面就以这种优惠叠加结算的场景为例，简单分析装饰者模式如何使用。

UML类图

代码实现

作者：阿里巴巴大淘宝技术
链接：https://www.zhihu.com/question/32007641/answer/2750755082
来源：知乎
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// 定义抽象构件：抽象商品
public interface ItemComponent {
    // 商品价格
    public double checkoutPrice();
}

// 定义具体构件：具体商品
public class ConcreteItemCompoment implements ItemComponent {
    // 原价
    @Override
    public double checkoutPrice() {
        return 200.0;
    }
}

// 定义抽象装饰者：创建传参(抽象构件)构造方法，以便给具体构件增加功能
public abstract class ItemAbsatractDecorator implements ItemComponent {
    protected ItemComponent itemComponent;

    public ItemAbsatractDecorator(ItemComponent myItem) {
        this.itemComponent = myItem;
    }

    @Overrid
    public double checkoutPrice() {
        return this.itemComponent.checkoutPrice();
    }
}

// 定义具体装饰者A：增加店铺折扣八折
public class ShopDiscountDecorator extends ItemAbsatractDecorator {
    public ShopDiscountDecorator(ItemComponent myItem) {
        super(myItem);
    }

    @Override
    public double checkoutPrice() {
        return 0.8 * super.checkoutPrice();
    }
} 

// 定义具体装饰者B：增加满200减20功能，此处忽略判断逻辑
public class FullReductionDecorator extends ItemAbsatractDecorator {
    public FullReductionDecorator(ItemComponent myItem) {
        super(myItem);
    }

    @Override
    public double checkoutPrice() {
        return super.checkoutPrice() - 20;
    }
}

// 定义具体装饰者C：增加百亿补贴券50
public class BybtCouponDecorator extends ItemAbsatractDecorator {
    public BybtCouponDecorator(ItemComponent myItem) {
        super(myItem);
    }

    @Override
    public double checkoutPrice() {
        return super.checkoutPrice() - 50;
    }
}

//客户端调用
public class userPayForItem() {
    public static void main(String[] args) {
        ItemCompoment item = new ConcreteItemCompoment();
        System.out.println("宝贝原价：" + item.checkoutPrice() + " 元"）;
        item = new ShopDiscountDecorator(item);
        System.out.println("使用店铺折扣后需支付：" + item.checkoutPrice() + " 元"）;
        item = new FullReductionDecorator(item);
        System.out.println("使用满200减20后需支付：" + item.checkoutPrice() + " 元"）;
        item = new BybtCouponDecorator(item);
        System.out.println("使用百亿补贴券后需支付：" + item.checkoutPrice() + " 元"）;
    }
}

• 结果输出
  

比较分析

• VS 继承
  装饰者模式和继承关系都是要对目标类进行功能扩展，但装饰模式可以提供比继承更多的灵活性：继承是静态添加功能，在系统运行前就会确定下来；装饰者模式是动态添加、删除功能。

比如，一个对象需要具备 10 种功能，但客户端可能要求分阶段使用对象功能：在第一阶段只执行第 1-8 项功能，第二阶段执行第 3-10 项功能，这种场景下只需先定义好第 3-8 项功能方法。在程序运行的第一个阶段，使用具体装饰者 A 添加 1、2 功能；在第二个运行阶段，使用具体装饰者 B 添加 9、10 功能。而继承关系难以实现这种需求，它必须在编译期就定义好要使用的功能。

• VS 代理模式

装饰者模式常常被拿来和代理模式比较，两者都要实现目标类的相同接口、声明一个目标对象，并且都可以在不修改目标类的前提下进行方法扩展，整体设计思路非常相似。那么两者的区别是什么呢？

首先，装饰者模式的重点在于增强目标对象功能，而代理模式的重点在于保护和隐藏目标对象。其中，装饰者模式需要客户端明确知道目标类，才能对其功能进行增强；代理模式要求客户端对目标类进行透明访问，借助代理类来完成相关控制功能（如日志记录、缓存设置等），隐藏目标类的具体信息。可见，代理类与目标类的关系往往在编译时就确定下来，而装饰者类在运行时动态构造而成

其次，两者获取目标类的方式不同。装饰者模式是将目标对象作为参数传给构造方法，而代理模式是通过在代理类中创建目标对象的一个实例。

最后，通过上述示例可发现，装饰者模式会使用一系列具体装饰者类来增强目标对象的功能，产生了一种连续、叠加的效应；而代理模式是在代理类中一次性为目标对象添加功能。

• VS 适配器模式

两者都属于包装式行为，即当一个类不能满足需求时，创建辅助类进行包装以满足变化的需求。但是装饰者模式的装饰者类和被装饰类都要实现相同接口，或者装饰类是被装饰类的子类；而适配器模式中，适配器和被适配的类可以有不同接口，并且可能会有部分接口重合。

JDK源码分析

Java 的 IO 结构，FilterInputStream 就是一个装饰者。
如下图所示，InputStream 相当于抽象构件，FilterInputStream 类似于抽象装饰者，它的四个子类等同于具体装饰者。其中，FilterInputStream 中含有被装饰类 InputStream 的引用，其具体装饰者及各自功能为：PushbackInputStream 能弹出一个字节的缓冲区，可将输入流放到回退流中；DataInputStream 与 DataOutputStream搭配使用，用来装饰其它输入流，允许应用程序以一种与机器无关的方式从底层输入流中读取基本 Java 数据类型；BufferedInputStream 使用缓冲数组提供缓冲输入流功能，在每次调用 read() 方法时优先从缓冲区读取数据，比直接从物理数据源读取数据的速度更快；LineNumberInputStream 提供输入流过滤功能，可以跟踪输入流中的行号（以回车符、换行符标记换行）。

FilterInputStream 是所有装饰器类的抽象类，提供特殊的输入流控制。下面源码省略了 skip、available、mark、reset、markSupported 方法，这些方法也都委托给了 InputStream 类。其中， InputStream 提供装饰器类的接口，因而此类并没有对 InputStream 的功能做任何扩展，其扩展主要交给其子类来实现。

public class FilterInputStream extends InputStream {
    //维护一个 InputStream 对象
    protected volatile InputStream in;  

    //构造方法参数需要一个 inputStream
    protected FilterInputStream(InputStream in) {
        this.in = in;
    }

    //委托给 InputStream
    public int read() throws IOException {
        return in.read();
    }

    //委托给 InputStream
    public void close() throws IOException {
        in.close();
    }

    .......

}

优缺点及适用场景

• 优点：

1. 提供比继承更加灵活的扩展功能，通过叠加不同的具体装饰者的方法，动态地增强目标类的功能。
2. 装饰者和被装饰者可以独立发展，不会相互耦合，比如说我们想再加一个炒河粉只需创建一个炒河粉类继承FastFood即可，而想要增加火腿肠配料就增加一个类去继承 Garnish 抽象装饰者。

• 缺点：
  使用装饰模式，可以比使用继承关系创建更少的类，使设计比较易于进行。然而，多层装饰会产生比继承更多的对象，使查错更加困难，尤其是这些对象都很相似。而且，当目标类被多次动态装饰后，程序的复杂性也会大大提升，难以维护。

• 适用场景：

1. 继承关系不利于系统维护，甚至不能使用继承关系的场景。比如，当继承导致类爆炸时、目标类被 final 修饰时，都不宜通过创建目标类的子类来扩展功能。
2. 要求不影响其他对象，为特定目标对象添加功能。
3. 要求动态添加、撤销对象的功能。

转自：https://www.zhihu.com/question/32007641/answer/2750755082