设计模式系列：结构型-装饰器模式（Decorator Pattern）

简介

装饰器模式（Decorator Pattern）是一种结构型设计模式，允许您在不改变现有对象结构的情况下，动态地将新功能附加到对象上。通过创建一个包装器类来扩展原始类的功能。这个包装器类具有与原始类相同的接口，并在内部持有一个指向原始对象的引用。通过将多个装饰器链接在一起，可以递归地添加任意数量的功能。

结构

装饰器（Decorator）模式中的角色：

• 抽象构件（Component）角色 ：定义一个抽象接口以规范准备接收附加责任的对象。
• 具体构件（Concrete Component）角色 ：实现抽象构件，通过装饰角色为其添加一些职责。
• 抽象装饰（Decorator）角色 ： 继承或实现抽象构件，并包含具体构件的实例，可以通过其子类扩展具体构件的功能。
• 具体装饰（ConcreteDecorator）角色 ：实现抽象装饰的相关方法，并给具体构件对象添加附加的责任。

案例实现

我们使用装饰器模式对快餐店案例进行改进，体会装饰器模式的精髓。

类图如下：

代码如下：

//快餐接口
public abstract class FastFood {
    private float price;
    private String desc;

    public FastFood() {
    }

    public FastFood(float price, String desc) {
        this.price = price;
        this.desc = desc;
    }

    public void setPrice(float price) {
        this.price = price;
    }

    public float getPrice() {
        return price;
    }

    public String getDesc() {
        return desc;
    }

    public void setDesc(String desc) {
        this.desc = desc;
    }

    public abstract float cost();  //获取价格
}

//炒饭
public class FriedRice extends FastFood {

    public FriedRice() {
        super(10, "炒饭");
    }

    public float cost() {
        return getPrice();
    }
}

//炒面
public class FriedNoodles extends FastFood {

    public FriedNoodles() {
        super(12, "炒面");
    }

    public float cost() {
        return getPrice();
    }
}

//配料类
public abstract class Garnish extends FastFood {

    private FastFood fastFood;

    public FastFood getFastFood() {
        return fastFood;
    }

    public void setFastFood(FastFood fastFood) {
        this.fastFood = fastFood;
    }

    public Garnish(FastFood fastFood, float price, String desc) {
        super(price,desc);
        this.fastFood = fastFood;
    }
}

//鸡蛋配料
public class Egg extends Garnish {

    public Egg(FastFood fastFood) {
        super(fastFood,1,"鸡蛋");
    }

    public float cost() {
        return getPrice() + getFastFood().getPrice();
    }

    @Override
    public String getDesc() {
        return super.getDesc() + getFastFood().getDesc();
    }
}

//培根配料
public class Bacon extends Garnish {

    public Bacon(FastFood fastFood) {

        super(fastFood,2,"培根");
    }

    @Override
    public float cost() {
        return getPrice() + getFastFood().getPrice();
    }

    @Override
    public String getDesc() {
        return super.getDesc() + getFastFood().getDesc();
    }
}

//测试类
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //点一份炒饭
        FastFood food = new FriedRice();
        //花费的价格
        System.out.println(food.getDesc() + " " + food.cost() + "元");

        System.out.println("========");
        //点一份加鸡蛋的炒饭
        FastFood food1 = new FriedRice();

        food1 = new Egg(food1);
        //花费的价格
        System.out.println(food1.getDesc() + " " + food1.cost() + "元");

        System.out.println("========");
        //点一份加培根的炒面
        FastFood food2 = new FriedNoodles();
        food2 = new Bacon(food2);
        //花费的价格
        System.out.println(food2.getDesc() + " " + food2.cost() + "元");
    }
}

好处：

• 装饰器模式可以带来比继承更加灵活性的扩展功能，使用更加方便，可以通过组合不同的装饰者对象来获取具有不同行为状态的多样化的结果。装饰者模式比继承更具良好的扩展性，完美的遵循开闭原则，继承是静态的附加责任，装饰者则是动态的附加责任。

• 装饰类和被装饰类可以独立发展，不会相互耦合，装饰器模式是继承的一个替代模式，装饰器模式可以动态扩展一个实现类的功能。

使用场景

• 当不能采用继承的方式对系统进行扩充或者采用继承不利于系统扩展和维护时。

  不能采用继承的情况主要有两类：

  • 第一类是系统中存在大量独立的扩展，为支持每一种组合将产生大量的子类，使得子类数目呈爆炸性增长；
  • 第二类是因为类定义不能继承（如final类）

• 在不影响其他对象的情况下，以动态、透明的方式给单个对象添加职责。

• 当对象的功能要求可以动态地添加，也可以再动态地撤销时。

代理和装饰器的区别

静态代理和装饰器模式的区别：

• 相同点：
  • 都要实现与目标类相同的业务接口
  • 在两个类中都要声明目标对象
  • 都可以在不修改目标类的前提下增强目标方法
• 不同点：
  • 目的不同
    装饰器是为了增强目标对象
    静态代理是为了保护和隐藏目标对象
  • 获取目标对象构建的地方不同
    装饰器是由外界传递进来，可以通过构造方法传递
    静态代理是在代理类内部创建，以此来隐藏目标对象

源码中的应用

JDK

I/O 类

Java I/O 类库中的一些类是装饰器模式的典型体现。例如，InputStream 和 OutputStream 是抽象的基础类，而 FileInputStream、FileOutputStream 等是具体的装饰器类，用于读取和写入文件。此外，还有 BufferedInputStream、BufferedOutputStream 等装饰器类，用于提供缓冲功能，以提高 I/O 操作的性能。

InputStream in = new FileInputStream("example.txt"); // 具体组件
in = new BufferedInputStream(in); // 装饰器1：添加缓冲功能

Reader 和 Writer 类

类似于 I/O 类，Java 中的字符输入输出也采用了装饰器模式。Reader 和 Writer 是抽象的基础类，而 FileReader、FileWriter 等是具体的装饰器类，用于读取和写入字符文件。同时，BufferedReader、BufferedWriter 等装饰器类提供了字符缓冲功能。

Reader reader = new FileReader("example.txt"); // 具体组件
reader = new BufferedReader(reader); // 装饰器1：添加缓冲功能

Spring

AOP（面向切面编程）

• Spring AOP 就是一个典型的装饰器模式的应用。在 AOP 中，切面（Aspect）可以在不修改原始类代码的情况下，动态地为类的方法添加额外的功能。这种功能包括日志记录、性能监控、事务管理等。
• 在 Spring AOP 中，切面是通过 Advice（通知）和 Pointcut（切点）组合而成的。Advice 提供了要添加的额外功能，而 Pointcut 则定义了哪些方法需要被增强。

@Aspect
public class LoggingAspect {
    
    @Before("execution(* com.example.service.*.*(..))")
    public void logBefore(JoinPoint joinPoint) {
        // 在方法执行前记录日志
    }
}

Spring MVC 中的拦截器

• 在 Spring MVC 中，拦截器（Interceptor）充当了装饰器模式的角色。拦截器可以在请求处理的不同阶段添加额外的功能，比如权限验证、日志记录等。
• 开发者可以通过配置拦截器来对请求进行预处理或后处理，而不需要修改原始的处理器（Controller）代码。

public class LoggingInterceptor implements HandlerInterceptor {
    
    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) {
        // 在请求处理前记录日志
    }
}

事务管理

• 在 Spring 框架中，事务管理也是装饰器模式的一种体现。通过在方法或类上添加 @Transactional 注解，Spring 可以动态地为这些方法或类添加事务管理功能。
• 事务管理器（Transaction Manager）充当了装饰器的角色，它负责为被注解的方法或类提供事务支持，而不需要显式地在方法中编写事务管理代码。

@Transactional
public class UserService {
    
    public void saveUser(User user) {
        // 在方法内部执行数据库操作，事务将在方法执行时开启
    }
}