研磨设计模式之 装饰模式-3
3 模式讲解
3.1 认识装饰模式
(1)模式功能
装饰模式能够实现动态的为对象添加功能,是从一个对象外部来给对象增加功能,相当于是改变了对象的外观。当装饰过后,从外部使用系统的角度看,就不再是使用原始的那个对象了,而是使用被一系列的装饰器装饰过后的对象。
这样就能够灵活的改变一个对象的功能,只要动态组合的装饰器发生了改变,那么最终所得到的对象的功能也就发生了改变。
变相的还得到了另外一个好处,那就是装饰器功能的复用,可以给一个对象多次增加同一个装饰器,也可以用同一个装饰器装饰不同的对象。
(2)对象组合
前面已经讲到了,一个类的功能的扩展方式,可以是继承,也可以是功能更强大、更灵活的对象组合的方式。
其实,现在在面向对象设计中,有一条很基本的规则就是“尽量使用对象组合,而不是对象继承”来扩展和复用功能。装饰模式的思考起点就是这个规则,可能有些朋友还不太熟悉什么是“对象组合”,下面介绍一下“对象组合”。
什么是对象组合
直接举例来说吧,假若有一个对象A,实现了一个a1的方法,而C1对象想要来扩展A的功能,给它增加一个c11的方法,那么一个方案是继承,A对象示例代码如下:
public class A { public void a1(){ System.out.println("now in A.a1"); } }
C1对象示例代码如下:
public class C1 extends A{ public void c11(){ System.out.println("now in C1.c11"); } }
另外一个方案就是使用对象组合,怎么组合呢?就是在C1对象里面不再继承A对象了,而是去组合使用A对象的实例,通过转调A对象的功能来实现A对象已有的功能,写个新的对象C2来示范,示例代码如下:
public class C2 { /** * 创建A对象的实例 */ private A a = new A(); public void a1(){ //转调A对象的功能 a.a1(); } public void c11(){ System.out.println("now in C2.c11"); } }
大家想想,在转调前后是不是还可以做些功能处理呢?对于A对象是不是透明的呢?
对象组合是不是也很简单,而且更灵活了:
- 首先可以有选择的复用功能,不是所有A的功能都会被复用,在C2中少调用几个A定义的功能就可以了;
- 其次在转调前后,可以实现一些功能处理,而且对于A对象是透明的,也就是A对象并不知道在a1方法处理的时候被追加了功能;
- 还有一个额外的好处,就是可以组合拥有多个对象的功能,假如还有一个对象B,而C2也想拥有B对象的功能,那很简单,再增加一个方法,然后转调B对象就好了,B对象示例如下:
public class B { public void b1(){ System.out.println("now in B.b1"); } }
同时拥有A对象功能,B对象的功能,还有自己实现的功能的C3对象示例代码如下:
public class C3 { private A a = new A(); private B b = new B(); public void a1(){ //转调A对象的功能 a.a1(); } public void b1(){ //转调B对象的功能 b.b1(); } public void c11(){ System.out.println("now in C3.c11"); } }
最后再说一点,就是关于对象组合中,何时创建被组合对象的实例:
- 一种方案是在属性上直接定义并创建需要组合的对象实例
- 另外一种方案是在属性上定义一个变量,来表示持有被组合对象的实例,具体实例从外部传入,也可以通过IoC/DI容器来注入
示例如下:
public class C4 { //示例直接在属性上创建需要组合的对象 private A a = new A(); //示例通过外部传入需要组合的对象 private B b = null; public void setB(B b){ this.b = b; } public void a1(){ //转调A对象的功能 a.a1(); } public void b1(){ //转调B对象的功能 b.b1(); } public void c11(){ System.out.println("now in C4.c11"); } }
(3)装饰器
装饰器实现了对被装饰对象的某些装饰功能,可以在装饰器里面调用被装饰对象的功能,获取相应的值,这其实是一种递归调用。
在装饰器里不仅仅是可以给被装饰对象增加功能,还可以根据需要选择是否调用被装饰对象的功能,如果不调用被装饰对象的功能,那就变成完全重新实现了,相当于动态修改了被装饰对象的功能。
另外一点,各个装饰器之间最好是完全独立的功能,不要有依赖,这样在进行装饰组合的时候,才没有先后顺序的限制,也就是先装饰谁和后装饰谁都应该是一样的,否则会大大降低装饰器组合的灵活性。
(4)装饰器和组件类的关系
装饰器是用来装饰组件的,装饰器一定要实现和组件类一致的接口,保证它们是同一个类型,并具有同一个外观,这样组合完成的装饰才能够递归的调用下去。
组件类是不知道装饰器的存在的,装饰器给组件添加功能是一种透明的包装,组件类毫不知情。需要改变的是外部使用组件类的地方,现在需要使用包装后的类,接口是一样的,但是具体的实现类发生了改变。
(5)退化形式
如果仅仅只是想要添加一个功能,就没有必要再设计装饰器的抽象类了,直接在装饰器里面实现跟组件一样的接口,然后实现相应的装饰功能就可以了。但是建议最好还是设计上装饰器的抽象类,这样有利于程序的扩展。
3.2 Java中的装饰模式应用
1:Java中典型的装饰模式应用——I/O流
装饰模式在Java中最典型的应用,就是I/O流,简单回忆一下,如果使用流式操作读取文件内容,会怎么实现呢,简单的代码示例如下:
public class IOTest { public static void main(String[] args)throws Exception { //流式读取文件 DataInputStream din = null; try{ din = new DataInputStream( new BufferedInputStream( new FileInputStream("IOTest.txt") ) ); //然后就可以获取文件内容了 byte bs []= new byte[din.available()]; din.read(bs); String content = new String(bs); System.out.println("文件内容===="+content); }finally{ din.close(); } } }
仔细观察上面的代码,会发现最里层是一个FileInputStream对象,然后把它传递给一个BufferedInputStream对象,经过BufferedInputStream处理过后,再把处理过后的对象传递给了DataInputStream对象进行处理,这个过程其实就是装饰器的组装过程,FileInputStream对象相当于原始的被装饰的对象,而BufferedInputStream对象和DataInputStream对象则相当于装饰器。
可能有朋友会问,装饰器和具体的组件类是要实现同样的接口的,上面这些类是这样吗?看看Java的I/O对象层次图吧,由于Java的I/O对象众多,因此只是画出了InputStream的部分,而且由于图的大小关系,也只是表现出了部分的流,具体如图4所示:
图4 Java的I/O的InputStream部分对象层次图
查看上图会发现,它的结构和装饰模式的结构几乎是一样的:
- InputStream就相当于装饰模式中的Component。
- 其实FileInputStream、ObjectInputStream、StringBufferInputStream这几个对象是直接继承了InputSream,还有几个直接继承InputStream的对象,比如:ByteArrayInputStream、PipedInputStream等。这些对象相当于装饰模式中的ConcreteComponent,是可以被装饰器装饰的对象。
- 那么FilterInputStream就相当于装饰模式中的Decorator,而它的子类DataInputStream、BufferedInputStream、LineNumberInputStream和PushbackInputStream就相当于装饰模式中的ConcreteDecorator了。另外FilterInputStream和它的子类对象的构造器,都是传入组件InputStream类型,这样就完全符合前面讲述的装饰器的结构了。
同样的,输出流部分也类似,就不去赘述了。
既然I/O流部分是采用装饰模式实现的,也就是说,如果我们想要添加新的功能的话,只需要实现新的装饰器,然后在使用的时候,组合进去就可以了,也就是说,我们可以自定义一个装饰器,然后和JDK中已有的流的装饰器一起使用。能行吗?试试看吧,前面是按照输入流来讲述的,下面的示例按照输出流来做,顺便体会一下Java的输入流和输出流在结构上的相似性。
2:自己实现的I/O流的装饰器——第一版
来个功能简单点的,实现把英文加密存放吧,也谈不上什么加密算法,就是把英文字母向后移动两个位置,比如:a变成c,b变成d,以此类推,最后的y变成a,z就变成b,而且为了简单,只处理小写的,够简单的吧。
好了,还是看看实现简单的加密的代码实现吧,示例代码如下:
/** * 实现简单的加密 */ public class EncryptOutputStream extends OutputStream{ //持有被装饰的对象 private OutputStream os = null; public EncryptOutputStream(OutputStream os){ this.os = os; } public void write(int a) throws IOException { //先统一向后移动两位 a = a+2; //97是小写的a的码值 if(a >= (97+26)){ //如果大于,表示已经是y或者z了,减去26就回到a或者b了 a = a-26; } this.os.write(a); } }
测试一下看看,好用吗?客户端使用代码示例如下:
public class Client { public static void main(String[] args) throws Exception { //流式输出文件 DataOutputStream dout = new DataOutputStream( new BufferedOutputStream( //这是我们加的装饰器 new EncryptOutputStream( new FileOutputStream("MyEncrypt.txt")))); //然后就可以输出内容了 dout.write("abcdxyz".getBytes()); dout.close(); } }
运行一下,打开生成的文件,看看结果,结果示例如下:
cdefzab
很好,是不是被加密了,虽然是明文的,但已经不是最初存放的内容了,一切显得非常的完美。
再试试看,不是说装饰器可以随意组合吗,换一个组合方式看看,比如把BufferedOutputStream和我们自己的装饰器在组合的时候换个位,示例如下:
public class Client { public static void main(String[] args) throws Exception { //流式输出文件 DataOutputStream dout = new DataOutputStream( //换了个位置 new EncryptOutputStream ( new BufferedOutputStream( new FileOutputStream("MyEncrypt.txt")))); dout.write("abcdxyz".getBytes()); dout.close(); } }
再次运行,看看结果。坏了,出大问题了,这个时候输出的文件一片空白,什么都没有。这是哪里出了问题呢?
要把这个问题搞清楚,就需要把上面I/O流的内部运行和基本实现搞明白,分开来看看具体的运行过程吧。
(1)先看看成功输出流中的内容的写法的运行过程:
- 当执行到“dout.write("abcdxyz".getBytes());”这句话的时候,会调用DataOutputStream的write方法,把数据输出到BufferedOutputStream中;
- 由于BufferedOutputStream流是一个带缓存的流,它默认缓存8192byte,也就是默认流中的缓存数据到了8192byte,它才会自动输出缓存中的数据;
- 而目前要输出的字节肯定不到8192byte,因此数据就被缓存在BufferedOutputStream流中了,而不会被自动输出
- 当执行到“dout.close();”这句话的时候:会调用关闭DataOutputStream流,这会转调到传入DataOutputStream中的流的close方法,也就是BufferedOutputStream的close方法,而BufferedOutputStream的close方法继承自FilterOutputStream,在FilterOutputStream的close方法实现里面,会先调用输出流的方法flush,然后关闭流。也就是此时BufferedOutputStream流中缓存的数据会被强制输出;
- BufferedOutputStream流中缓存的数据被强制输出到EncryptOutputStream流,也就是我们自己实现的流,没有缓存,经过处理后继续输出;
- EncryptOutputStream流会把数据输出到FileOutputStream中,FileOutputStream会直接把数据输出到文件中,因此,这种实现方式会输出文件的内容。
(2)再来看看不能输出流中的内容的写法的运行过程:
- 当执行到“dout.write("abcdxyz".getBytes());”这句话的时候,会调用DataOutputStream的write方法,把数据输出到EncryptOutputStream中;
- EncryptOutputStream流,也就是我们自己实现的流,没有缓存,经过处理后继续输出,把数据输出到BufferedOutputStream中;
- 由于BufferedOutputStream流是一个带缓存的流,它默认缓存8192byte,也就是默认流中的缓存数据到了8192byte,它才会自动输出缓存中的数据;
- 而目前要输出的字节肯定不到8192byte,因此数据就被缓存在BufferedOutputStream流中了,而不会被自动输出
- 当执行到“dout.close();”这句话的时候:会调用关闭DataOutputStream流,这会转调到传入DataOutputStream流中的流的close方法,也就是EncryptOutputStream的close方法,而EncryptOutputStream的close方法继承自OutputStream,在OutputStream的close方法实现里面,是个空方法,什么都没有做。因此,这种实现方式没有flush流的数据,也就不会输出文件的内容,自然是一片空白了。
3:自己实现的I/O流的装饰器——第二版
要让我们写的装饰器跟其它Java中的装饰器一样用,最合理的方案就应该是:让我们的装饰器继承装饰器的父类,也就是FilterOutputStream类,然后使用父类提供的功能来协助完成想要装饰的功能。示例代码如下:
public class EncryptOutputStream2 extends FilterOutputStream{ private OutputStream os = null; public EncryptOutputStream2(OutputStream os){ //调用父类的构造方法 super(os); } public void write(int a) throws IOException { //先统一向后移动两位 a = a+2; //97是小写的a的码值 if(a >= (97+26)){ //如果大于,表示已经是y或者z了,减去26就回到a或者b了 a = a-26; } //调用父类的方法 super.write(a); } }
再测试看看,是不是跟其它的装饰器一样,可以随便换位了呢?
未完待续